为了提高几何光波导的成像质量, 提出了一种基于离轴自准直光路的光波导阵列平行度测试方法。根据阵列平面特征分析了以空间二维角度表征光波导中半透半反膜阵列平行度的误差评定模型, 将几何光波导成像原理与自准直光路相结合, 推算出了阵列平行度的数学关系式。然后, 构建了光波导阵列平行度测量系统, 系统中具有光源控制器可以控制输出光强, 有效解决了因光波导中不同半透半反膜的光能利用率不同而影响测量的难题。利用Steger算法对自准直回像进行图像处理。最后, 完成了标定和阵列平行度测试以及验证实验。实验结果表明, 平行度测量系统的测量不确定度为1.14″, 最大重复性误差为0.32″。该方法可以快速准确地测量几何光波导中的阵列平行度, 对光波导阵列面的姿态修正以及成像质量的提高具有指导意义。

针对振动型结构健康监测方法的特点，搭建了基于非平衡M-Z干涉仪和相位载波解调技术的光纤光栅损伤识别系统。运用小波包分解振动信号，建立了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标；介绍了统计过程控制原理，推导了使用均值-极差控制图分析损伤识别指标，识别结构连续损伤的过程。实验测试了铝制简支梁结构处于健康状态和3种损伤状态下的各40次振动信号。信号时域图显示各状态振动信号持续时间均约为0.05 ms，幅值基本相同。依据结构健康状态下的统计过程控制限 (12.85,41.35)进行了均值-极差控制图损伤识别分析，结果表明，搭建的损伤识别系统能连续地对结构进行健康监测。

基于现代传感技术和数字图像处理技术,通过对透镜中心误差的分析研究,提出了一种透射式影像法测量透镜中心误差的方法,建立了基于CCD图像的实时测试系统.实验表明,透镜中心误差测量的标准偏差达到了0.0038mm,极限误差为±0.0115mm,证明该系统对于测量透镜中心误差具有很好的实用性.

提出了一种电子罗盘取代人工实现粗寻北的方法.根据电子罗盘原理,用DSP从电子罗盘串口实时采集系统与北方向的夹角值,并根据所得角度值驱动系统指向粗北方向,从而代替跟踪逆转点法实现陀螺仪粗寻北自动化.实验结果表明,电子罗盘粗寻北系统提高了机械陀螺仪的粗寻北速度,粗寻北时间由原来的10 min左右减少到1.5 min以内;粗寻北精度可以达到30′以内,满足了中天法精寻北要求.

设计了一种吊丝陀螺自动升降系统.采用数字信号处理器(DSP)控制直线步进电机,实现陀螺仪灵敏部的自动升降,完成了相关软硬件的设计,代替了传统的需要人工手动操作的凸轮装置.在陀螺自动升降的稳定性实验中,当脉冲频率为26～40Hz时,陀螺运行稳定,摆动角度约为94～210';当脉冲频率为33 Hz时,陀螺下放及寻北效果最好,摆动角度约为105～147'.在与人工手动操作的对比实验中,采用直线步进电机的自动升降系统运行稳定、重复率低、操作简单.实验结果表明:该自动升降系统具有较高的稳定性,并可以有效缩短寻北时间和提高寻北精度,对陀螺仪的自动寻北具有现实意义.

采用放置在落弹点区域附近的凝视等待式双目视觉摄像机,高速摄影交汇测量飞行目标的落地参数.根据不同时刻质心的空间三维坐标,用最小二乘法对目标航迹进行拟合,建立了目标三维空间轨迹的多项式函数,对多项式函数求导得到目标的飞行速度.针对回转体类飞行目标的特点,根据其在摄像机像面成像的大小,将目标分为三类,对不同目标采用了不同的姿态测量方案,并对测量的误差来源进行了分析,提出了减小测量误差的方法.实验与理论分析表明,本文采用的速度与姿态测量方法具有精确、稳定等优点.

通过对传统形态学边缘提取方法的分析,提出了基于形态学多结构元边缘提取算子,该算子既有良好的边缘提取特性,又很好地解决了噪声抑制和保持图像边缘细节之间的矛盾,通过灰度加权平均值作为阈值进行二值化,更加突出了边缘效果.针对目标成像特点,在提取图像中边缘的像素数、复杂度和最小外接矩形长宽比等多个特征的基础上,通过计算图像中目标边缘的特征评价函数和隶属度函数,利用模糊综合评判技术进行了目标识别.模拟试验表明:基于形态学的多结构元算子具有较强的噪声抑制能力,可以很好地提取复杂背景下的目标边缘;模糊综合评判技术可准确提取目标,较好地解决了复杂背景下的目标识别的难题.

提出了摄像机光轴平行和光轴垂直两种简化的双目立体视觉系统,用来实现远距离运动物体的三维轮廓测量.具体阐述了这两种简化系统的测量原理和数学模型,还着重对以上两种系统下远距离物体测量中摄像机参数,如焦距、视场角、分辨率、两摄像机间距离与落弹范围的距离等的选择进行了探讨.就不同的系统对摄像机的选择进行了实验运算,结果表明,用该摄像机对1000m处的直径为70mm的小目标进行测量,可获得90个像素的轮廓,便于进行三维轮廓的提取.仿真实验表明,简化的双目立体系统可以快速、方便、简单地得到远距离物体的三维轮廓.