火炮整体性能评价体系中，身管缠角是至关重要的指标之一，现有缠角测量方法存在系统复杂、测量精度不高的问题，本文提出一种基于全景成像的膛线自动跟踪身管缠角测量方法。利用全景成像技术获取身管内膛全景图像，在极坐标系下推导内膛全景环形图像增强映射函数；通过建立环形模板匹配模型跟踪沿身管方向预设的阴阳膛线的边缘，完成膛线旋转角的粗定位；根据周期阴阳膛线图像对比度设计目标函数，优化目标函数完成膛线旋转角的精定位，结合身管轴向距离解算身管缠角。真实身管缠角测量实验结果表明，所提方法测量精度优于1′，能够满足实际缠角测量中的应用需求。

火炮装备前或服役过程中需要进行身管指向测量以校正火控系统偏差。目前普遍使用双经纬仪进行身管指向测量，该方法的测量效率低，难以满足未来战场环境下火控系统的快速标校。提出了基于双目视觉的身管指向高精度、自动化测量方法，利用合作标志点分析身管转动，将身管转动分解为先后两次绕轴运动，结合铅垂线测量实现身管指向解算，利用LM（Levenberg-Marquardt）算法进行指向优化，得到身管指向最终结果。于实验室开展了半实物仿真，并在某火炮厂进行了实测验证。结果表明，火炮身管的高低角测量精度优于0.15°，其方向角测量精度优于0.12°，两姿态角的重复性偏差均优于0.0035°。所提方法具备高精度、高鲁棒性、全自动的优势，可实现未来战场环境下火炮身管指向的全自动测量。

设计并研制了碳纤维复合材料主次镜连接筒.根据光学设计中的公差分配, 结合复合材料层合板理论, 分析了复合材料铺层设计对面内刚度和轴向及周向热膨胀系数的影响, 确定了最终的铺层方式.利用有限元软件分析了重力作用下及温度变化时主次镜间的位置变化及连接筒的模态分布.最后, 完成了碳纤维复合材料薄壁连接筒的成型和精加工, 检测了主次镜系统光学性能, 并对装配完成后的相机进行了鉴定级力学试验.分析结果表明: 在1g重力载荷及2℃温升耦合作用下,次镜偏心小于0.002 mm, 次镜倾斜小于2″, 主次镜连接筒及次镜系统组合体基频达到265 Hz, 满足光学设计要求和结构稳定性要求.光学性能检测结果及力学试验结果表明, 主次镜系统波像差满足装配要求, 主次镜连接筒能够承受鉴定级力学试验考核, 连接主次镜的两端响应放大仅1.7倍, 体现了良好的阻尼性能.本文中研制的主次镜连接筒重量仅为6.4 kg, 实现了高轻量化和高刚度, 满足空间相机对主次镜位置精度和稳定性的要求.

基于信息系统无线接收机脆弱性机理,提出了基于受体脆弱性机理的复杂电磁环境构建方法,解决了频跨度大的作战单元需要大量电磁环境模拟装备难题; 建立的针对电子信息系统信道占有度、频谱重合度、背景信号强度等要素的多激励多响应电磁环境效应“套桶”评估模型,解决了被试对象的客观性与形象性评估问题,为电子信息系统类复杂电磁环境适应性鉴定提供有益借鉴。

针对快焦比特大非球面度离轴非球面反射镜, 设计了3片式Offner补偿器。为应对3片式补偿器对中心偏差及镜间隔严格的公差要求, 设计了相应的补偿器镜筒结构。该结构使透镜中心倾斜及平移调整相分离, 实现补偿器的高精度装调。根据中心偏差测量仪的测量结果, 2片补偿镜之间倾斜误差44″, 平移误差35 μm, 镜间隔误差38 μm; 补偿镜组与场镜之间倾斜误差53″, 平移误差42 μm, 镜间隔误差72 μm, 满足检测使用要求。利用该补偿器及4D动态干涉仪对精抛光阶段的离轴非球面进行检测, 面形结果PVq值达到0135λ, RMS值达到0019 5λ, 优于设计要求。

身管内膛表面几何特征参数的准确量化一直是身管疵病检测和寿命预测的一大难点, 而身管膛线的高度差是其中最重要的几何参数之一。本文依托结构光三维检测手段, 采用激光三角法对身管膛线高度差进行定量检测。首先将特定结构光栅投影到模拟身管内膛的标定圆筒内壁上, 并采集经圆筒内表面散射后的变形结构光图像; 然后利用图像边缘分割算法中的多个算子分别对标定圆筒内壁的结构光图像进行分割, 同时引入灰度共生矩阵概念客观评价出最优的分割算子, 对图像中结构光条的边缘分割进行优化; 之后通过图像转换比例反推算法计算得到内壁图像高度差和实际凹槽高度差之间的转换关系, 最终应用于身管膛线高度差的测量过程中。试验结果表明: 绝对偏差控制在0.04 mm内, 满足系统的精度要求, 同时该方法检测手段方便、快捷。本文方法为精确量化身管内膛疵病的几何参数奠定了坚实基础。

为了快速准确地获取火炮发射时炮管的瞬态温度场信息, 设计了基于变迹-啁啾光纤光栅传感器的瞬态测温系统。 系统采用啁啾光纤光栅实现对回波光的带宽调制, 从而使回波光带宽大幅提高, 大大增加了系统带光栅传感器数量及回波光能量。 在分析了五种常见变迹函数切趾性能的基础上, 系统采用超高斯函数形式完成对回波信号的切趾处理, 有效地抑制了由于啁啾调制所造成的旁瓣增大以及光谱抖动, 使系统符合瞬态温度测试的设计要求。 实验采用调制范围1 532.0～1 548.0 nm的变迹-啁啾光栅传感器, 并在炮管上均匀缠绕, 共50个测试点位。 针对某型火炮发射时炮管的瞬态温度进行测试, 实验数据与WRP-130S型高速温度探测器的测试结果比较。 实验结果显示, 该系统与WRP-130S型探测器测温结果相近, 平均误差小于2%, 在温降平稳区优于1%。 测试结果中, 温度-波长数据满足1 ℃约引起0.041 3 nm（均值）的波长偏移。 该系统在一次采集过程中可获得50个独立位置的瞬态温度, 大大提高了炮管温度场重建的效率。

为了实现直接辐射的太阳能量的耦合, 设计了一种分光谱辐射表入射系统。根据气象辐射理论对直接辐射表的尺寸进行约束, 利用几何光学理论设计导光锥, 使收光筒与光纤部分实现低损耗连接, 解决光纤与收光筒直接耦合时能量较弱的问题.通过在太阳模拟器下模拟的真实辐照度, 测试整个入射系统不同波长处的耦合效率, 以及不同跟踪角度误差下耦合效率的变化.理论分析表明, 导光锥和光纤两轴线的横向偏移是引起耦合损耗的主要因素.实验结果表明: 系统的耦合效率为66.24%, 在太阳跟踪器完全跟踪不到太阳直接辐射时, 耦合效率为12.8%, 反映了环日辐射和散射辐射水平.该系统可满足太阳直接辐射观测的入射系统要求.