为了实现盾构机的自动导向，研制了一种新型无衍射光电子标靶，给出了该电子标靶系统的构成和姿态角测量原理。针对标靶光学系统难以确定精确光学中心的问题，提出一种新型标定方法，直接将全站仪激光入射在标靶中CCD上的光斑中心位置和全站仪的角度值联系起来，建立一一对应的映射关系数据库。工作时，由光斑中心位置可直接插值得到入射光线的空间角度，再结合电子水平仪读数，计算出标靶的实际坡度角、滚动角和水平方位角，并进而计算盾首中心坐标。结果表明，利用该方法对无衍射光电子标靶进行标定能够获得较高的标定精度，从而在标靶进行测量工作时获得较高的测量精度。

为了解决三维目标电磁散射计算中准确性与有效性的矛盾，建立了有限元-边界法的计算模型，对三维腔体目标的电磁散射计算方法进行了研究。首先，分析了针对三维电磁腔体目标的电磁散射计算边界积分方法，引入了矢量格林函数，利用麦克斯韦方程得到电磁场形式与三维腔体形式的关系，建立了三维开口腔体边界模型; 然后，结合光电目标曲面建模方法及高阶基函数的方法，建立了三维光电目标的有限元泛函，完成了有限元-边界法在三维腔体目标电磁散射计算中的应用; 最后，进行了实例验证。分析显示，当三维腔体内部为空或为各向异性物质时，角度吻合非常理想，与传统模式匹配法所得结果的吻合度达90%以上。结果表明，采用本方法对三维腔体目标进行电磁散射计算，准确度、效率均有所提高。

提出了一种新型的用于盾构机导向的无衍射光电子标靶，利用映射关系将全站仪激光入射到标靶中CCD上的光斑场盾中心位置和全站仪的角度值联系起来，结合电子水平仪读数，得到标靶的完整姿态角，并计算盾首中心坐标。分析测量过程中全站仪、标靶各部件引起的误差，推导标靶测量姿态角及盾首中心坐标的误差。分析表明，标靶测量盾首的偏差精度达到毫米级，满足盾构导向的精度要求。