基于多块光栅拼接理论,建立了光栅旋转角与衍射光束偏角关系的数学模型,设计了一种基于干涉法的光栅旋转角度检测光路,用Zygo干涉仪实现了光栅0级与1级衍射波前检测,并研究了反射镜安装误差引起的模型误差。实验结果表明,利用理论模型对光栅姿态在0~500 μrad内调整时,光栅间栅线平行度的最大相对测量误差为3.85%。而反射镜俯仰角和偏摆角在0″~20″变化时,所引起的光栅间栅线平行度的最大相对测量误差分别为4.99%和3.77%。

鉴于小角度测量的要求, 采用自准直角度测量技术, 建立自准直光路数学模型, 推导PSD探测像点坐标Y和平面镜偏转角α的方程。PSD小角度测量系统由前置放大、A/D转换电路、采样电路和液晶显示构成。PSD位置传感器输出两路角度信息数据, ADC完成模数转换, 由单片机进行数据运算, 最后, 位置和偏转角的求解结果在液晶屏上显示。仿真结果显示, 前置放大电路性能指标、单片机采样10-2 mrad量级精度均达到了系统的要求。

提出了一种基于双目视觉的直升机旋翼桨叶共锥度检测方法。首先, 采用平面标定算法对双目视觉系统进行标定, 获取摄像机内外参数; 其次, 采集不同桨叶的立体图像对, 并用Bouguet算法对其进行校正, 获取重投影矩阵; 然后, 对立体图像对中的标记点进行检测与匹配, 获取标记点的视差; 最后, 根据双目视觉测量原理计算出桨尖距地面的高度, 实现桨叶共锥度检测。通过对旋翼塔进行多次测量实验, 结果表明该方法具有动态测量、非接触式、操作简单、危险性小和精度高的优点。

建立了基于DM642的嵌入式线结构光角度视觉检测系统, 用于精确实时地在线检测线结构光角度。首先，将以CCD为图像传感器的装置与基准平面固定，以线结构激光发生器为光源的装置与被测平面固定; 用CCD采集投影屏上的线结构光图像，再由DM642进行实时处理得到线结构光的角位置，并对角位置进行标定来获得被测平面与基准平面的夹角。然后，分析系统误差源，得出系统主要误差是由CCD感光面阵平面与投影屏平面之间的夹角α所致。最后，针对此误差项建立数学模型，并根据模型采用圆光栅控制激光发生器精确转动3个角位移，由圆光栅所得的精确角位移值和对应的图像检测值计算出标定夹角α的大小和方向，并对由此夹角误差导致的检测误差进行精确补偿。实验结果表明：在α为0.331 97°时，经误差补偿后的圆光栅角位移值和对应的图像检测值之间的转角误差由22.522%减小到0.595%，系统测量的不确定度为0.051 44°。

对于平板显示产品来说，视角是显示屏检测方面一个很重要的指标。本文针对全彩LED显示屏的特点，提出了一种新的视角检测方法。该方法利用LED专用检测评估平台得到显示模块在三维空间上各个角度下的基于像素级别的逐点亮度值，然后得到各个基色像素级别的空间亮度分布曲线，对该亮度分布曲线进行评估可以客观准确地给出整个屏幕视角评估分析结果。实验证明，该方法检测精度高，客观合理，可有效评估LED显示屏不同视角条件的显示质量。

多角度和偏振遥感可解决传统遥感所不能解决的大气探测和目标识别等方面的问题。为实现气溶胶偏振信息的多角度探测，提出了一种新型的多角度偏振辐射计。该辐射计可以在多个角度上测量大气的偏振光谱信息，为大气光学和微物理特性的高精度反演提供重要的实测数据源。作为航天载荷的原理样机，多角度偏振辐射计的光机系统由多路并行望远光学模块组成，可在110°视场范围内，以0.5°间隔实现偏振信息的多角度探测；采集控制与数据传输系统由双控制核心和高速接口组成，大大提高了系统的并行处理能力和数据传输速度，可在高速运动的平台上实现多路偏振光谱信息的同步采集与实时传输，避免了由平台移动和信号的异步采集引入的误差。航飞试验结果表明，多角度偏振辐射计可实现气溶胶偏振信息的高精度探测。

由于轻小型卫星光通信系统中潜望镜的光学结构随粗瞄机构姿态变化而发生改变，使得相应的跟踪算法变得较为复杂，本文对潜望镜式星间激光通信终端粗跟踪算法进行研究以提高粗瞄机构的跟踪精度。利用矩阵光学方法，建立了潜望镜式光通信终端中光学器件的矩阵模型，在获得CCD测角模型后，推导了基于CCD测角的粗瞄装置自动跟踪算法模型，实现了潜望镜式光通信终端粗瞄装置对目标光束的快速跟踪，并对模型进行了相应的实验验证。实验结果表明，该CCD测角跟踪模型正确地反应了实际终端中的光学传递关系，能够正确地对CCD图像位置信号进行处理并获得稳定跟踪角度，平均跟踪精度优于10 μrad，满足卫星激光通信中稳定可靠、高精度粗跟踪的要求。本文提出的方法对类似的光学系统具有借鉴意义。

根据法拉第效应的非互易性原理, 分析了磁旋光反射腔交流调制输出倍频信号相关的特性; 具体研究了倍频信号幅度及角度检测灵敏度与调制角幅度θ0和反射腔反射率R的关系。研究结果表明: 当调制角幅度较小时, 输出倍频信号幅度随反射率R的增加而增加, 最大值是正交调制法的18倍左右; 利用倍频信号检测角度的灵敏度与正交法相比也得到多倍提高, 且随反射率R的增加而增加。该技术提供了一种交流磁光调制微小角度的检测方法, 有望在相关领域获得较好地应用。

针对传统莫尔条纹技术在测量物体偏转角度中不能对多维角度变化进行测量的问题,采用了一种分区间设计的组合光栅方法,并结合光学自准直成像方法构建了一种新的实验系统装置,利用该系统通过测量莫尔条纹的变化实现了对被测量物体偏转角度的三维测量,对合作光学反射镜的偏转角度测量精度优于1″,绕轴转动测量精度优于2″。