为提高激光导引头测角精度, 研究了激光导引头测角误差的来源, 并分析了直写式激光导引头标定系统误差。首先, 分析了激光导引头内光学系统和探测器安装误差对导引头测角的影响; 其次, 介绍直写式激光导引头标定系统的工作原理, 给出理想条件下转台转角和导引头测角关系; 再次, 为了提高标定后导引头测角精度, 分析了标定系统存在的安装误差; 最后, 针对一次实际的标定过程, 结合文中分析方法对标定系统误差进行了校正, 导引头零位误差由校正前的2.5 mrad降低到了1 mrad以内。文中结论为直写式激光导引头标定系统中的结构安装精度要求提供了分析方法, 进而提高了标定后激光导引头的测角精度。

为了精确分析外载荷作用下米级口径经纬仪保护窗口镜面变形，本文基于接触有限元理论建立了米级口径经纬仪保护窗口带摩擦接触的有限元分析模型，对比了线性刚性连接和非线性摩擦接触方法的差异。采用齐次坐标变换法去除刚体位移，得到米级口径经纬仪保护窗口镜面畸变数据，使用Zernike多项式作为光机集成分析的接口工具，并将Zernike多项式系数导入ZEMAX中，以波前像差RMS值衡量镜面变形对成像质量的影响,并与干涉仪检测结果进行比较。考虑摩擦接触条件得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为38095 nm、PV为205027 nm，使用干涉仪检测得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为40626 nm、PV值为235654 nm。实验结果表明，考虑摩擦接触条件的仿真实验与干涉仪检测实验的镜面波前像差RMS值偏差为623%，能更准确地反映米级口径保护窗口镜面变形。

为满足直升机实时图像数据与机载静态三维地形数据的融合要求,提出了一种适用于机载光电侦查系统的图像定位算法以及基于蒙特卡洛方法的误差仿真模型。通过构建摄像机坐标系、机体坐标系、载机地理坐标系(东北天坐标系)、大地直角坐标系及WGS-84坐标系,利用摄影测量原理、数字图像处理原理、视线向量原理、齐次坐标转换原理得到光电图像4个角点在WGS-84坐标系中的实际位置,在给定飞行参数瞄准线斜角近90°时,定位误差较大。该模型将为实时图像与三维地形的融合提供一种图像粗配准方法,便于将来对其进行特征点匹配等精准定位以及融合的实现。

针对大角度倾斜成像航空相机拍摄距离远, 激光测距设备作用距离有限的问题, 提出了一种不依赖距离测量设备的直接对地目标定位算法。依据载机POS测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息, 利用齐次坐标变换的方法求解目标在大地坐标系下的指向, 再利用地球椭球模型和数字高程模型确定目标点的经纬度信息。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置姿态测量误差及相机框架角位置误差对视轴指向精度的影响, 相比于仅采用地球椭球模型的目标定位算法, 该算法有效降低了地形起伏对目标定位影响, 在目标区域地形起伏标准差大于10 m时, 大角度倾斜成像的定位精度明显提高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性, 在飞行高度18 000 m拍摄框架横滚角小于63°时, 目标定位圆概率误差小于70 m, 可满足工程实际需要。

为准确获取摄影区域地理位置信息, 针对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)全景式航空相机未配备激光测距仪的情况, 提出一种直接对地目标定位算法。依据机载定位定向系统(POS)测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中编码器测量的俯角、位角信息, 利用齐次坐标变换求解成像系统视轴(LOS)在地理坐标下的指向角以WGS-84坐标系下定义的地球椭球模型为基础, 利用地球椭球计算理论确定目标区域经纬度信息。采用蒙特卡罗方法仿真分析了载机姿态角测量误差以及相机俯角、位角误差对视轴指向角计算精度的影响; 着重分析了摄影倾斜角和目标区域地形起伏对对地目标定位精度的影响, 指出摄影倾斜角和目标区域地形起伏越小, 定位精度越高。采用飞行实验验证了该对地目标定位算法的有效性, 在飞行高度为17750 m, 摄影倾斜角在63°~75°范围内, 对地目标定位圆概率误差小于212.96 m, 可满足工程实际需要。

为同时对多个目标实施实时或准实时定位，建立了机载光电成像平台多目标自主定位系统，针对该系统提出一种基于像元视线向量的多目标自主定位模型。通过目标检测算法得到视场中各目标的像素坐标，根据单面阵电荷耦合器件(CCD)传感器的成像原理，构造各目标的视线向量并计算其与图像中心主目标的像元视线角，结合已测得的主目标相对光电平台的方位角、高低角和距离，计算出各目标与机载光电平台的角度与距离关系，应用全球定位系统(GPS)、航姿测量技术获取载机的位置姿态信息，通过齐次坐标变换方法计算出单幅图像中多个目标的大地坐标。针对镜头畸变引起的定位误差，提出基于畸变率的方法进行畸变修正。在1100 m 高空对地面目标定位时，多目标定位的圆概率误差(CEP)约为28.74 m，大地高定位误差约为18 m，能同时对50 个目标进行实时地理定位。当镜头畸变率为2%时，畸变修正后圆概率误差减小了7%。该多目标自主定位方法具有效率高，便于工程应用的优点。

设计了一种新颖的双回转子孔径扫描装置，得到了可以覆盖大口径光学系统全口径的子孔径扫描光斑，从而满足了大口径光学系统光谱透射特性的测试需求。结合双回转扫描装置的结构参数误差，基于齐次坐标变换矩阵原理，建立了双回转扫描装置的数学模型，提出了一套分析子孔径扫描精度的方法，并且在设计双回转子孔径扫描装置中实现了应用。分析结果表明，当双回转子孔径扫描装置的回转半径ηr≤400 mm时，子孔径扫描精度Δηr为-0.007~0.028 mm。提出的子孔径扫描误差估计方法、建立的扫描运动坐标转换模型和得到的误差数据结果可作为类似回转扫描机构的设计参考，也为基于双回转子孔径扫描方法的大口径光学系统光谱透射特性测试的深入研究提供了理论依据和数据基础。

为了得到侦察目标的大地坐标以及引导载机捕捉已知目标,提出了机载GPS测量定位方法。应用GPS技术,获取载机及已知目标的位置信息,利用齐次坐标转换方法进行定位引导过程的坐标转换,从而得到目标定位引导数据。通过实验对机载GPS测量定位方法进行了检验。实验结果表明:定位精度达到了30 m,引导精度为2°。用蒙特卡洛法对实验误差进行了分析并得到了精度误差范围,其结果在期望的误差范围内,表明机载GPS测量定位技术具有一定的实用和推广价值。