针对载机大机动运动条件下，目标在图像中位置变化较大，无法准确进行目标归属的问题，提出一种机载平台快速目标运动补偿方法。首先，选取前一帧目标所在区域图像作为模板图像，再根据前一帧目标在图像中位置，探测器安装角度和载机姿态信息，预测目标在当前帧中出现的位置，获取预测目标所在区域图像作为待配准图像，最后应用SIFT算法计算模板图像和待匹配图像中关键点，通过图像配准获取目标在当前帧中精确位置，为后续目标归属性判断的准确性提供保障。实验结果表明，所提方法能够精确定位载机大机动条件下目标在连续帧中位置，与通过整幅图像配准获取目标位置相比计算效率大大提高。

基于容错控制和积分滑模控制理论的研究, 对飞行器姿态进行控制, 使其具有容错性能。飞行器模型考虑一类具有不确定性以及可能存在执行器故障的非线性系统, 针对该系统设计积分滑模控制器, 使系统即使在执行器故障情况下也能保持较理想的控制特性。同时也对该系统分别设计基于Lyapunov直接法和常规滑模理论的控制器, 便于仿真验证中作为比较。在有无执行器故障的情况下, 观察3种控制对状态变量的影响效果, 比较常规滑模和积分滑模控制下的抖振情况, 结果表明积分滑模控制在控制效果和减弱抖振方面表现更好。

为了消除CMOS航空相机高速成像时存在的卷帘快门(RS)效应对成像质量的影响, 建立了在任意姿态角下计算CMOS相机RS效应的数学模型。通过分析CMOS成像原理, 利用坐标变换法求得像面上任意像素点的速度。在分析卷帘快门原理的基础上推导出了RS效应的解析式。利用蒙特卡洛统计方法分析模型精度, 对模型关键参数进行了仿真实验, 并讨论了帧间延迟和姿态角对RS效应的影响。实验结果显示: 在高度测量误差小于0.09 km, 速度测量误差小于0.3 km/h, 姿态角测量误差小于0.02°时, 该模型的精度在1/3个像元以内。得到的结果证明了本文模型的有效性。该模型可作为定量分析大面阵CMOS相机RS效应的理论依据, 对CMOS传感器在航空相机领域的应用有指导作用。

现代飞行器运动特性复杂，其姿态变化引起的天线对空覆盖特性改变，使得天线前端接收的信号增益变化。传统GPS信号仿真，在处理其信号增益上没有考虑上述影响。为此，综合天线波瓣图、坐标系转换以及飞行器的姿态，导出GPS信号增益模型，实现飞行器姿态在GPS信号仿真上的体现，对于深化卫星信号仿真技术具有工程上的指导意义。

研究了机载成像系统的像移及其对成像质量与相机分辨率的影响。为准确获取像移矢量，实现成像系统像移补偿，提出了一种基于坐标变换的机载成像系统像移计算模型。通过线性坐标变换，建立了从地面目标景物到成像系统像面的坐标变换模型，推导了地面目标景物在成像系统像面的解析表达式，根据坐标在相机积分时间内的变化来确定像移矢量。分析了成像系统像移误差的主要来源,讨论了载机轨道坐标、飞行姿态角和相机视轴角误差对像移计算结果的影响，采用蒙特卡罗方法分析和统计了像移计算误差。样本实验结果表明,在载机姿态角和相机摆角不变条件下,像移量与载机速度成正比,与目标距离成反比,像移误差随着参数误差的增加而增加，其中载机经度和纬度误差是影响像移计算误差的重要因素。结果显示本文方法对机载成像系统的像移补偿具有实用价值。

为了更好地解决目前飞行试验中飞机着陆时姿态角参数精确测量问题，基于灭点理论，根据飞机降落过程中机载摄像机所获取到的跑道面影像，提出利用跑道平行线解算飞机姿态角参数的新方法。论述了灭点与摄像机外方位角元素的函数关系，建立了基于灭点几何与直线几何约束条件进行姿态角参数解算的数学模型。试验结果表明，该方法切实可行，能够获得精确可靠的飞机着陆过程中姿态角数据。

为了实现飞机姿态的测量，提出用光电经纬仪单站空间余弦姿态测量方法及多站面面交汇测量方法来获得飞机姿态参数。经纬仪单站加距离信息测量飞机姿态时，采用穷举法获得飞机轴线上的特征点，利用空间的位置关系获得空间姿态参数；经纬仪多站交汇方法获得飞机飞行姿态参数时，首先采用Hough变换对二维平面图像拟合获得目标中轴线，然后计算原点到目标的中轴线的垂直距离及原点到目标的中轴线的法线与X轴正向的夹角，获得目标在二维平面的直线方程。目标图像的二维中轴线与摄影系统的光学中心唯一确定了一个空间平面，采用面面交汇的方法，获得空间中轴线，得到飞机轴线的偏航角及俯仰角。实验结果表明，单站测量目标姿态在距离＜6 000 m时，姿态角测量误差＜1°；多站测量目标姿态在交汇角为30～150°时，姿态角测量误差＜0.6°。精度比对结果表明，本文采用的数学模型正确、算法合理，有效提取了飞机的姿态参数。