为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题，搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先，理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后，针对外调制或伴生调幅较小的情况，提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数，消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况，提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGC-EF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数，进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后，通过仿真验证了改进型算法的正确性，并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统，对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能，证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明：一定C值范围内，两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法，解调信纳比提升了11.602 dB，总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中，PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好，且解调线性度良好，准确度高。

为了提高柔性机器人抓握传感中掌心表面的重构精度，本文基于COMSOL仿真，在436 mm×436 mm×2 mm聚丙烯板上，采用7只经聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装的光纤光栅（FBG）柔性传感器，选取环形布设的方式，在板末端中心与两角分别受力的情况下，使用光纤光栅解调仪采集实验中的传感器数据，并通过三次样条插值法进行连续化。设定数个平面Y与拟合圆环相交，计算过点函数获得三维曲面点集，实现了空间曲面的拟合可视化显示。在曲面末端中心受力时，板末端位移最小相对误差为0.549%，最大相对误差为8.300%，最小绝对误差为0.051 cm，最大绝对误差为1.255 cm，板末端两角受力时，板面重构末端位移最小相对误差为2.546％，最大相对误差为14.289％，最小绝对误差为0.005 cm，最大绝对误差为0.729 cm。实验结果为柔性机器人掌心抓握传感提供了应用基础。

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程，避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量，提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描，获得镜框凹槽点云数据文件，编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法，实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法，依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给，并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后，对加工后的镜片进行误差测量，结果表明，通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性，有效缩减了加工流程，提高了加工效率。

无人机在大机动运动时视场变化较大，在弱纹理环境下视觉特征易丢失，这降低了视觉距离测量的精度。针对此问题，本文将折反射全景相机与结构光相结合，进一步提出了融合结构光的折反射全景单目视觉测距方法。在本研究中，为了提高测距方法的精度以及处理速度，首先对结构光进行感兴趣区域（ROI）提取，并运用中值滤波对激光条纹图像进行去噪后，再采用改进的Steger算法进行亚像素级别的结构光光条中心坐标提取。其次，运用最小二乘原理对提取的亚像素点进行曲线拟合，得到结构光的曲线方程。最后，通过理论推导求取空间平面参数，建立测距目标函数，进一步求得距离信息。实验结果表明：在不同场景下，所提出测距方法的测距精度均在3%以内，证明了该方法的有效性。满足无人机在大机动运动条件下以及弱纹理场景中稳定可靠的测距需求，进一步提升了无人机环境感知能力。

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法，实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式，设置激光调制频率为16 369.75 Hz，通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值，光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根部激发光热信号，采用数字锁相放大器解调得到对应的谐波信号，通过多项式拟合谐波信号背景，反演得到与浓度及光强分别对应的谐波信号。实验结果表明，当光强从22.03 mW变化至3.16 mW，谐波信号背景幅值与光强具有良好的线性关系，线性相关系数大于0.998，归一化后的谐波信号幅值波动小于0.37%。针对甲烷测量，系统在较大的浓度范围内具有良好的线性响应，谐波信号信噪比表明系统的最低检测限达0.22×10^-6。该研究为光致热弹光谱的光强修正提供了一种新的方法，可有效提高LITES系统在长期测量应用中的稳定性。

长波红外差分干涉仪在低温工况下会因光学元件受到非均匀应力作用产生干涉条纹的畸变，从而降低干涉仪系统性能。本文为解决低温工况干涉条纹弯曲畸变问题，基于长波红外差分干涉仪光机系统进行了干涉条纹畸变影响因素分析，结合光-机-热耦合分析方法，对干涉仪系统低温工作状态进行仿真。随后设计了针对影响条纹畸变的关键元件——光栅元件的低温微应力动态稳定支撑安装结构，结构优化后的光栅表面面形均方根（Root Mean Square， RMS）值为3.89×10^-2 nm，面形峰谷值（Peak to Valley， PV）值为2.21×10^-1 nm，分别较优化前初始系统的分析结果减小了5个数量级，系统仿真干涉条纹畸变小于1个探测器像元。全系统低温验证试验表明，优化结构可有效抑制干涉条纹畸变，畸变量小于2个探测器像元，试验与仿真计算结果一致性较好，验证了优化分析方法的有效性。该优化方案对提升反射式光学系统结构低温稳定性，提高系统工作能力有较大意义和价值。

多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值，在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离，目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高，但是其精度有限。为了提高其精度，分析基于拟合的自标定方法精度较低的主要原因，提出了基于三角形结构的自标定方法，定量对比了新方法和基于球心拟合方法的精度。新方法建立非线性误差模型进行参数迭代求解，能够应用于激光跟踪仪的三维自标定。通过模拟仿真和实测实验，证明了该方法比基于球心拟合的自标定方法在精度上有了大幅度提升。文中算法无需增加额外设备，改进了原先基于球心拟合方法并提高其自标定精度，具有一定的工程应用价值。