机载光电平台存在来自于摩擦、质量不平衡、运动耦合和机载环境等干扰, 传统的PID控制器控制性能差, 抗干扰能力弱。针对这一问题, 设计了一种动态性能好、鲁棒性强的分数阶控制器; 同时提出一种基于改进速度和惯性权重的粒子群算法整定分数阶控制器的5个参数。仿真实验表明: 改进后的粒子群算法拥有更快的收敛速度, 求解更加精确; 光电平台速度环控制系统超调量降低至0.13%, 正弦扰动隔离度较标准算法提高64.06%, 响应速度和鲁棒性大大提高。

为实现无人机机载光电设备对多个目标的准确定位, 提出了基于数字高程模型的多目标定位系统, 建立了一种基于目标矢量的多目标定位模型。通过目标检测得到视场中各目标的像素坐标, 解算出各目标的视轴矢量, 融合无人机和光电侦察平台中各传感器的测量数据, 计算出各目标的地理位置信息。实验结果表明, 在3 000 m飞行高度下, 对主目标的定位误差约为16 m, 对次目标的定位误差约为26 m。分析了改进的滤波模型的效果, 滤波后主目标定位误差减小到7 m, 次目标定位误差减小到约11 m。通过飞行实验验证, 证明工程效果与仿真实验结果基本一致。该方法具有定位实时性好, 误差小, 便于工程应用的优势。

针对利用机载光电平台进行“空对空”目标跟踪时, 跟踪效果受环境影响较大且全遮挡情况下目标容易跟丢的问题, 在传统CamShift算法的基础上, 提出了一种动态的基于多特征融合与相对Kalman模型的目标跟踪与轨迹预测算法。采用融合颜色、纹理、梯度特征的方式构建目标模板, 提高了模型的描述能力; 跟踪过程中引入特征模板动态更新环节, 保证了算法的长期稳定性; 在全遮挡的情况下, 利用背景中心点以及飞行目标与该中心点的差值分别构建Kalman模型, 并采用二次遮挡判断方法, 大大降低了误判和丢帧概率。实验结果表明, 所提算法具有较高的准确性、实时性与稳定性。

根据现有无人机光电定位方法对动态目标定位的局限性，借鉴光电经纬仪角度交会定位方法，提出改进的基于机载光电平台的双机交会定位系统.介绍了交会定位系统的构成及其工作原理，构建辅助坐标系，对视轴向量进行齐次坐标转换，建立双机交会定位模型.研究了交会定位中载机相对目标位置对定位精度的影响，给出了理想的测量位置，得到最优定位位置，最优交会角为69.984°.最优位置下，当目标距离双机基线20 km时，定位均方根误差为38.043 4 m.分析了卡尔曼滤波对定位结果的影响，建立合适的滤波模型，滤波后的定位均方根误差减小到13.584 2 m.

通过对所有转塔类光电产品结构的梳理分析, 确定对某典型结构转塔进行结构参数化设计技术的研究。提取转塔典型零部件的结构顶层特征参数, 建成转塔零部件的三维参数化结构设计模型和零件工程图参数化设计模型, 并经验证和测试, 取得了令人满意的效果。通过嵌入UG NX软件中的二次开发模块, 实现对参数化设计模型的数据库管理,使这种建好的参数化设计模型成为公共资源。

为了解决机载光电平台与载机间存在相对角位移造成目标定位精度下降问题，设计了一种机载光电平台相对角位移实时测量系统。对现阶段使用的机载光电平台目标定位精度不高的原因以及基于改进的多控制点相机在线标定与姿态测量等理论进行研究。分析了机载光电平台目标定位误差的主要原因；对基于单目视觉理论的机载光电平台相对角位移测量方案进行研究，并以相机标定理论为原型给出了相对角位移测量的数学模型；结合多控制点立体靶标并使用随机并行梯度下降算法(SPGD)与直接线性变换方法(DLT)，给出了三步法求解机载光电平台相对角位移的方法；使用设计的方法对机载光电平台相对角位移进行了测量，给出了实验与仿真结果。实验结果表明：设计的机载光电平台相对角位移测量方法精度优于0.092°，单次测量平均耗时小于0.54 ms，完全满足现阶段机载光电平台相对角位移测量的精度与实时性等相关要求。

针对航空光电平台中可见光摄像机在高空中由于温度、气压等环境参数的变化所引起的光学系统离焦现象,对基于图像功率谱的清晰度评价算法和检焦搜索算法进行了研究。分析了不同场景的航拍图像的功率谱具有一定的不变性。根据离焦会引起功率谱高频分量的损失，提出了两种对功率谱和对焦评价算子(PSS)的改进。针对航拍易受到环境干扰的问题，提出了变步长的全局搜索算法（FS）。使用1 mm的搜索步长，调焦误差为0.3 mm，满足系统对误差的要求。所提出的两种基于图像功率谱的清晰度评价算法能够有效反映出实际航拍图像的离焦状态，并分别使对焦评价函数的饱和区特性和灵敏度得到改善。调焦实验的结果表明，小于镜头焦深的检焦步长才能保证检焦结果的正确。