高重复频率的自由电子激光和低发射度的同步辐射衍射极限环光源对反射镜的热变形提出了更高的要求。针对上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）高热平均功率的特点和波前保持的需求，计算了第一条光束线中第一面反射镜M1在不同能量点下的热功率分布，并建立了有限元热学和结构耦合分析模型进行了M1的热变形计算和波前传播模拟。最终，采用多段冷却和复合使用的方式对反射镜冷却进行了优化设计，使得在入射光能量为7.0 keV、掠入射角为4.0 mrad的情况下的额定热功率从0.48 W提高到了3.06 W，工作重复频率提升了6.4倍。光学模拟结果显示，在其他不同特定能量点下额定热功率也有2.0~8.3倍的提升。

近红外光谱（NIR）具有快速、 无损、 操作方便的特点, 故广泛用于食品分析。 作为一种间接的分析技术, NIR需要建立光谱与待测浓度之间的统计模型来实现检测。 故模型的维护有助于保证NIR的预测准确性。 在外界条件发生变化的情况下, 诸如样品性状的改变、 仪器对理化指标函数关系的变化、 湿度和温度等环境因素的改变, 会导致相同样品的光谱信号发生偏移, 进而使得原有模型的预测精度下降。 此时, 如果重新建模, 虽然可以解决光谱偏移对建模的影响, 但是重新建模将耗费大量的人力物力。 对此, 模型转移可以在避免重新建模的情况下, 校正光谱的偏移, 进而提高模型预测精度。 通常模型转移算法多用全光谱进行模型转移, 这种方法计算量较大, 且不能找到合适的有化学意义的波段。 故提出一种基于模型转移中的变量选择方法: 向后迭代区间选择法（IIBS）, 通过计算主光谱（用于建模的那组光谱）和从光谱（发生偏移, 需要通过模型转移算法将其校正的光谱）中, 变量区间的重要性信息（回归系数（β）、 残差向量（Res）以及变量重要性投影（VIP））。 进而通过计算该区间变量重要性信息的几何平均数, 并以此作为该区间的区间重要性指标。 接着根据区间的重要性, 删除重要性信息较小的变量区间。 然后对主光谱和从光谱重复迭代上述过程: 计算变量的重要性信息, 计算区间的重要性信息, 删除重要性信息较小的区间。 最后, 比较不同的主光谱和从光谱区间组合的验证均方根误差（RMSEV）, 选择RMSEV最小的主光谱和从光谱区间作为最优区间。 玉米、 小麦两套NIR数据测试了该算法。 结果显示, 与全波段相比, β, Res以及VIP均可以从主光谱和从光谱中选择较少的, 有化学意义的区间, 提高模型转移的精度。 在比较不同变量重要性向量方面, 基于β的变量选择算法, 模型转移的计算误差较小。

传统主成分(PCA)光谱降维方法利用数学的方法, 保证降维后的重构光谱与原光谱在形状上尽可能相似, 但是传统PCA降维过程中无差别的对待每一个波段的光谱数据, 而人眼视觉对不同波段的光谱敏感程度不同, 会造成有时候虽然光谱误差较小, 但是人眼看上去色差较大的情况。 在保证光谱误差的同时, 为了能够有效的减少源光谱与重构光谱的色度误差, 提出了两种基于人眼视觉的加权函数对传统PCA降维方法进行优化, 并利用残差光谱对模型进行补偿。 实验过程以Munsell色卡作为训练样本, Munsell色卡和多光谱图像“young girl”作为测试样本, 然后利用本文提出的加权函数进行PCA降维并重构, 并与相关文献提出的方法进行了对比。 实验结果表明, 提出的两种加权算法, 与其他算法相比, 无论是色度精度还是在变光源的稳定性方面, 都有显著地提高。

为保证加工精度和提高抛光效率, 推导了盘式动压抛光所用的环形抛光盘在平转动运动方式下的去除函数。在平转动运动方式下, 与应用最为广泛的圆形抛光盘相比较, 环形抛光盘的最大趋近因子提高了10.25%, 更加趋近脉冲函数的特性, 减少光学元件表面的中高频误差。给定初始面形误差, 以相同的参数采用脉冲迭代法计算驻留时间和残留误差, 经过50次迭代, 仿真加工结果表明, 环形抛光盘相比于圆形抛光盘的表面残留误差降低了3.65%, 提高了抛光去除效率。

像移补偿机构是航空相机的关键组件。通过建立航空相机纵向像移量、像移速度模型,分析研究纵向像移补偿机构对像移补偿残差的影响特征,提出了运用像移补偿残差做为纵向像移补偿机构故障检测的新方法。经过对实际图像像移残差的实验分析,验证了该方法的有效性,可以实现工作状态下对航空相机的便捷随检。

运用数字天顶仪对测站点位置进行定位是一种高精度的天文定位方法。在对测站点位置解算的过程中, 缺少一种对星点数据进行有效筛选的方法。往往直接对实验获得的星点数据进行处理, 影响了最终的定位精度。为了解决上述问题, 提出了一种星点筛选的方法, 该方法以残差为研究对象, 运用格罗布斯准则, 在迭代计算的过程中反复对星点数据进行筛选, 然后再使用最小二乘算法进行解算。实验数据的处理结果剔除了部分含有粗大误差的星点, 提高了解算数据的可靠性, 使定位的精度提高了大约5 m。

提出了一种新的进动气囊抛光驻留时间算法, 用于实现高精度的光学玻璃零件的加工。首先, 通过抛光工艺试验确定抛光去除率函数; 在矩阵迭代算法的基础上, 给定一个合适的驻留时间初值函数。然后, 采用分层阈值去除法进行驻留时间的优化求解, 并加上残余误差方差最小的判定条件, 从而得到完整的驻留时间函数。该算法适用于非球面、自由曲面等光学玻璃元件的抛光加工。用MATLAB对残余面形误差进行了仿真, 仿真结果表明残余误差精度PV值可以收敛到0.1 μm左右。最后, 对光学玻璃平面进行了抛光。实际抛光后, 该玻璃表面粗糙度Ra从抛光前的0.159 μm减小到0.024 μm, 面形精度PV值由抛光前的0.756 μm减小到0.158 μm。得到的结果验证了提出驻留时间算法的合理性, 表明该算法可为以后进行复杂面形工件的气囊抛光研究提供理论基础。

超精密单点金刚石车削加工是高精度衍射光学元件制造的重要方法, 但是以往的加工方法是直接一次车削加工成型, 无法实现具有加工-检测-补偿加工-检测的闭环控制特点的超精密加工, 从而导致零件精度较低。针对这种加工技术的缺陷, 通过研究衍射光学元件金刚石车削过程和面形状误差补偿, 对表面轮廓仪实际测量的轮廓数据进行处理, 计算出实际车削曲线与理想曲线之间的法向残余误差, 以此获得新的金刚石车削加工轨迹, 实现衍射光学元件的超精密闭环控制加工。利用单点金刚石车床对口径78的衍射光学元件进行补偿加工试验, 最终使其PV值由10.4 μm经过一次补偿加工后降为4.3 μm。