随着激光脉冲宽度极限的不断突破以及峰值功率的不断提高，脉宽压缩光栅的尺寸需要进一步增大。但反射式曝光系统所需大口径长焦距离轴镜的高精度加工检测成为制约大口径光栅制作的难题。采用计算全息补偿检测不需要复杂的设计和装调，但同样会引入非回转对称和复杂的二维投影畸变。传统的畸变校正方法由于精度受限或计算复杂不利于工程应用。提出基于数值计算的畸变校正方法，该方法具有简单通用易于编程的优点。利用800 mm口径折反镜在直径为18 m光学平台上搭建了面形检测光路，通过系统误差标定去除以及畸变校正的方法实现了高精度面形测量，经磁流变迭代加工后，面形精度RMS可收敛至0.013λ（λ=632.8 nm），这为后续大口径反射式曝光系统的建立奠定了基础。

四波前横向剪切干涉（QWLSI）是一种精度高、动态范围大、分辨率高、抗干扰能力强的瞬态波前检测技术。本文结合国内外相关研究工作，重点阐述了本课题组在分束器件设计、多方向横向剪切干涉图处理、测量误差校准等QWLSI的关键技术研究方面取得的进展。以关键技术研究为基础，本课题组开发了QWLSI的原理装置，其绝对测量精度（RMS）达到0.0038λ（2.4 nm，λ=635 nm），重复测量精度（RMS）达到0.0004λ（0.25 nm，λ=635 nm）。QWLSI与商品化的夏克-哈特曼波前传感器的对比实验结果表明，两种仪器对含有第4~36项单项Zernike像差入射波前的测量结果基本一致。

随着精密制造行业对光学元件面形要求的提高, 干涉仪系统误差的标定越来越重要。其中, 采用液面基准法作为干涉仪系统误差标定的方案具有高精度, 低成本的优点。在不考虑外界因素的影响下, 理论上液体平晶曲率与地球半径相同, 可认作绝对平面进行系统误差标定。但由于液体对环境较为敏感, 不易控制, 因此如何建立一个高精度的液面基准是整个过程中最为关键的一个环节, 其直接影响了系统精度。由于液体的流动性特点使得以往的时间移相方法不再适用, 因此采用了点源异位立式斐索干涉仪进行液面的动态测量, 对液体、液盘的各项性质进行综合分析。最终完成了高精度的液面基准建立, 可用于干涉仪的系统误差标定。

为有效提高雷达探测精度, 提出一种系统误差非均匀分布下的拟合分区校准方法。该方法首先对于雷达对海量测多目标信息与自动识别系统(AIS)提供的真值数据进行时空对准与相关处理得到误差序列;进而给出了两种非均匀分布下系统误差分布假设;在假设合理性的基础上, 通过拟合处理对雷达探测覆盖海域进行区域划分, 得到系统误差估计值对对海雷达进行校准。最后, 实验证明了该方法的有效性。

反射式点光源设备可用于光学遥感器的在轨调制传递函数检测和绝对辐射定标等,其高精度指向是确保太阳光反射至遥感器入瞳的关键。通过进一步提高指向精度,可以减小现有点光源的体积和质量,具有重要的工程意义。通过建立几何误差标校模型和反射镜法向标校模型,去除旋转矩阵参数的相关性;利用阻尼Gauss-Newton方法迭代求解标校模型参数,实现了反射式点光源优于0.1°的指向精度。该研究为实现光学卫星遥感器的高精度、高频次、全动态范围的定标检测提供了基础。

即使机载激光雷达经过良好的检校, 激光雷达数据仍可能呈现残余系统误差, 从而导致测区各个航带存在变形。先基于面特征计算安置角, 为消除残余系统误差的航带平差提供初始点云; 再基于迭代最近点法(ICP)的航带平差法, 以连接点三维坐标相等为条件, 对扫描角度误差进行非线性变形改正。结果表明, 该方法能保证高空飞行数据的绝对精度, 点云精度可满足要求。

针对十字形磁梯度张量系统中的单磁力仪误差(三轴灵敏度偏差、非正交误差和零点漂移误差)以及磁力仪之间存在的不对正误差, 提出了十字形磁梯度张量系统的误差校正方法。首先, 建立单磁力仪误差模型, 采用基于椭球约束的最小二乘拟合算法对磁力仪的测量数据进行拟合从而得到椭球拟合参数; 然后, 接着利用Cholesky分解得到单磁力仪误差校正矩阵; 最后在单磁力仪误差校正的基础上, 利用正交Procrustes方法对不同磁力仪间的测量数据进行拟合从而得到磁力仪间的不对正误差校正矩阵。对提出的方法进行仿真与实测实验验证, 实验结果表明: 经过校正, 磁梯度张量各分量的最大波动量由10 049 nT/m降到52 nT/m。提出的校正方法可以基本消除十字形磁梯度张量系统的误差, 提高测量结果的准确度, 且方法操作简单, 不需要高精度的三轴无磁转台等设备, 具有较高的实用价值。

机载激光雷达系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统等于一体的多传感器集成系统。机载激光雷达的检校和标定是保证激光点云定位精度的关键环节,其中扫描系统安置角误差是影响定位精度的主要因素之一。首先介绍了国产中远程机载激光雷达Mars-LiDAR系统, 然后基于误差传播定律对系统误差进行了分析。研究了系统安置角误差的飞行检校方法, 采用外场定标的方法将安置角进行动态分离, 并通过飞行试验完成了系统安置角误差的动态检校, 对Mars-LiDAR系统在3000 m、4000 m飞行高度获取的点云进行了定位精度分析和校正, 验证了Mars-LiDAR系统安置角误差检校方法的实用性。