Miniaturized fiber-Bragg-grating (FBG) interrogators are of interest for applications in the areas where weight and size controlling is important, e.g., airplanes and aerospace or in-situ monitoring. An ultra-compact high-precision on-chip interrogator is proposed based on a tailored arrayed waveguide grating (AWG) on a silicon-on-insulator (SOI) platform. The on-chip interrogator enables continuous wavelength interrogation from 1 544 nm to 1 568 nm with the wavelength accuracy of less than 1 pm [the root-mean-square error (RMSE) is 0.73 pm] over the whole wavelength range. The chip loss is less than 5 dB. The 1 × 16 AWG is optimized to achieve a large bandwidth and a low noise level at each channel, and the FBG reflection peaks can be detected by multiple output channels of the AWG. The fabricated AWG is utilized to interrogate FBG sensors through the center of gravity (CoG) algorithm. The validation of an on-chip FBG interrogator that works with sub-picometer wavelength accuracy in a broad wavelength range shows large potential for applications in miniaturized fiber optic sensing systems.

设计了一种折叠式光学系统来缩短微光夜视仪轴向尺寸，提升头戴式微光夜视仪佩戴舒适性。首先给出总体设计，包括折反式物镜和长工作距离、双通道目镜系统设计，之后通过理论计算获得物镜和目镜的指标参数，最后选用符合要求的初始结构，采用软件对折叠式光学系统进行优化设计。采用折叠式光学系统的微光夜视仪，与传统直视型夜视仪相比轴向长度由110 mm减少到70 mm，更接近佩戴者头部，可以有效提升佩戴舒适度。

重力/惯性匹配导航是一种使用地球重力场信息进行惯导位置匹配校正的组合导航方法。匹配导航中由于重力测量信息与重力数据库信息空间分辨率不同步会造成空间分辨率不同步误差。为抑制匹配导航中出现的空间不同步误差，提出一种空间分辨率同步技术。该技术通过载体运动信息与重力测量算法滤波模型参数计算重力测量信息空间分辨率，并通过二维滤波降低重力数据库分辨率，使重力测量信息与重力数据库信息实现分辨率同步。在对数据库进行空间分辨率修正后，再使用匹配导航算法进行匹配定位。在仿真验证中改进后的匹配导航算法定位精度较传统匹配算法定位精度提高了 1.1nmile。通过空间分辨率同步技术可以提升匹配导航定位精度，为未来重力匹配导航设备发展提供辅助。

数字滤波器是影响海洋重力数据处理成果质量的关键技术之一。该文提出了一种实时正反有限冲击响应(FIR)滤波算法，推导了具有线性相位正反FIR滤波器表达式并设计了实时滤波方案：该算法设计出的滤波器在所有的采样频谱内都满足严格意义上的线性相频特性；基于该算法设计的低通滤波器的阻带衰减大，有利于抑制海洋重力数据中的高频噪声。船载重力试验结果表明，在海洋重力数据处理中上述正反FIR滤波器的滤波器实时性好，滤波效果与事后正反FIR滤波器相当，优于单正向FIR滤波效果。

重力矢量测量包含重力方向信息(即垂线偏差),对确定大地水准面具有重要意义。为了获得海洋重力扰动矢量的水平分量，该文提出了一种基于捷联惯导系统/全球导航卫星系统(SINS/GNSS)组合系统确定海洋重力扰动矢量水平分量的两步法。首先，利用捷联惯导算法和卡尔曼滤波用于加速度计偏差和姿态误差角的估计和补偿。然后，基于精确估计的加速度计偏差和姿态角误差，给出了重力扰动矢量水平分量的计算方程。将重力扰动矢量水平分量的模型用二阶马尔可夫随机过程描述，将其与加速度计的偏差分离，用正向-平滑卡尔曼滤波精确估计重力扰动的水平分量。船载试验数据离线计算表明,海洋重力扰动矢量水平分量的内符合精度优于2 mGal(1 Gal=1 cm/s2)。

对于高精度定位定向系统而言, 其零速修正定位精度受到行驶路线中水平重力异常变化的影响。从惯性导航误差机理、零速修正原理等方面理论分析水平重力异常对定位定向系统定位误差的影响, 得到其误差传递公式。为验证误差传递公式的准确性, 在重力异常试验区内进行了实物验证, 验证了水平重力异常对定位定向系统定位精度的影响机理, 通过重力异常补偿实现了在重力异常区域水平定位误差小于 1m。为今后进一步提升定位定向系统定位精度提出了新思路。

冷原子绝对重力仪和冷原子重力梯度仪在外界动平台上的精度相较实验室精度差距较大, 其中最主要的振动噪声目前已经有较为成熟的方案进行抑制, 而由于载体转动引起的姿态噪声目前尚未研究。从冷原子干涉仪的敏感机制入手, 推导了在姿态扰动情况下冷原子绝对重力仪和重力梯度仪的相位改变, 并利用双光子拉曼演化方程给出了相应的高阶灵敏度函数补偿方案, 提升了冷原子绝对重力仪和重力梯度仪在复杂环境下的灵敏度和环境适应性。

冷原子重力梯度仪利用原子的量子态叠加特性和物质波干涉特性测量绝对重力梯度信息, 具有高精度、低漂移、自校准等特性, 在深地/深海资源开发、地质灾害预警预防、战场环境建设与作战保障、地球科学研究等领域均具有重大潜在应用价值。简要描述了冷原子重力梯度仪的工作原理及实现方案; 综述了冷原子重力梯度仪的技术优势及国内外研究现状; 分析了冷原子重力梯度仪当前面临的痛点、难点问题, 并对部分问题提出了解决方案, 总结了冷原子重力梯度仪的发展趋势。