采用CCD显微成像系统对光学系统弥散斑参数进行定量测量,并设计了弥散斑参数的评价算法。首先,给出了弥散斑参数的定义,分析了弥散斑所形成的能量等高线构成的闭合的连通区域,对占总能量80%的区域计算其弥散斑直径。然后,对该区域的边界点进行椭圆拟合,得到弥散斑圆度。提出的方法通过对光学系统在像平面所成的星点像的能量分布的分析,在弥散斑圆度测试中引入了椭圆拟合,减少了CCD噪声和测试环境中的杂光等随机因素对测试结果的影响,提高了测试结果的置信度。实验结果显示: 弥散斑直径测试重复性为0.18 μm,弥散斑圆度测试重复性为1.65%。提出的方法实现了弥散斑参数的定量测试,满足航天项目中光学系统成像质量控制要求。

MRTD是评价热成像系统综合性能的重要参数.分析了热像仪参数测试系统的两种基本结构,比较各自的优缺点,给出了各自应用场所.研究了MRTD 测试对热像仪参数测试系统各组成单元的具体要求.根据MRTD 参数的特点,分析了引起MRTD 测试结果一致性较差的原因,给出了相应的解决措施和修正方法.为验证解决措施和修正模型的正确性,以一个热像仪为例进行了MRTD 测试,并将测试结果与该热像仪的出厂结果比对,测试结果偏差小于15%.实验表明,该修正模型可以提高MRTD 测试结果的重复性和准确性.

为了实现编码器测角精度的高精度测量，介绍了应用多面棱体和自准直仪组合测量编码器测角精度的原理和方法，建立了多面棱体坐标系和自准直仪测量坐标系，利用坐标变换的方法推导了塔差对测角精度测试结果影响的精确模型。结果表明，编码器转轴的倾斜角度和倾斜方向会影响编码器测角精度的测量结果。测量误差随编码器的倾斜角度的增大而增大，且近似成平方关系。测量误差随随编码器的倾斜方向改变，倾斜方向角为0°或180°时，测量误差最小；倾斜方向角为90°或270°时，测量误差最大。当倾斜角度为5′时，引入的测量误差为0.11″～0.48″，这对于Ⅰ~Ⅲ级编码器的测试是不能忽略的。根据被测编码器的精度等级将塔差控制在恰当的范围内，给出了不同精度等级编码器测试时塔差的控制要求。

为实现光电经纬仪等靶场光测姿态测量设备测量精度的室内测试和评价，介绍了光电经纬仪对空间轴对称目标的姿态交会测量的原理。利用检测架、平行光管、目标轮廓靶及光源室内模拟不同姿态角的无穷远目标。建立了利用目标特征点的方位角、俯仰角计算目标姿态角的精确数学模型。用高精度经纬仪对目标上的多个特征点进行测量，用最小二乘法按该数学模型对目标姿态进行拟合，得到模拟目标的姿态，经验证该方法的标定精度可达0.05 °。以该标定结果为模拟目标姿态的真值，光电经纬仪对同一模拟目标姿态进行动态测量，将测量结果与真值进行比较，可确定光电经纬仪的姿态测量精度。

为了研究标准激光光源近场空域测量精度，在理论方面建立了标准激光光源近场强度分布的理论模型，在实验方面提出了科学级CCD面响应非均匀性校正方案和激光近场计算算法。利用非均匀性校正后的科学级CCD和二维扫描装置，在1053 nm标准激光光源软边光阑50 mm×50 mm口径内S形扫描，通过子孔径拼接得到标准激光光源近场图像。近场分布测试结果与理论值一致，差异主要是因为离轴抛物面镜表面粗糙度与科学级CCD随机噪声产生了高频分量。对近场参数测试结果进行分析，调制度扩展不确定度为0.08(k=2)，对比度扩展不确定度为0.01(k=2)。研究结果提高了国家大科学工程激光参数测量系统近场空域测试置信度。

对光学系统MTF测试中采样窗口对其测量影响进行了研究。在对标准镜头MTF测试时,采用离散傅里叶变换计算,线扩散函数扫描方向长度为所选针孔像线扩散函数半高宽的5倍左右时,MTF测试结果与设计值差异极值为0.011;采用快速傅里叶变换计算,线扩散函数扫描方向长度为所选针孔像线扩散函数半高宽的5倍左右时,同时采样点数要满足2N,测试结果与设计值差异极值为0.010。为了证明此结论的普适性,按所提的采样窗口选取原则,对大像差镜头轴上和轴外的MTF进行了试验,并将测试结果与OPTIKOS的测试结果进行对比,最大极差为0.013。试验结果表明,此结论能够为光学系统MTF测试时采样窗口选择提供依据。

提出了一种基于针孔像分析的光学系统调制传递函数（MTF）测量自适应背景校正的方法。由CCD显微系统采集针孔目标经被测光学系统成像后的针孔像，计算线扩展函数，并对其进行自适应背景校正，获取MTF。该方法与传统方法相比，消除了周围环境光照变化的影响，提高了测量精度。为验证所提方法的有效性，对标准镜头进行MTF测试，将测试结果与理论设计值比对，测试结果差异极大值为0.01；与美国Optikos公司的测试结果比对，测试结果差异极大值为0.015；对大像差光学系统的轴上和轴外进行MTF测试，并将测试结果与美国Optikos公司测试结果比对，测试结果差异极大值为0.013。实验表明，该方法可满足对不同像差光学系统轴上和轴外MTF的测量。