针对传统特征检测算法检测效率低、匹配正确率低和双目视觉测量精度不足等问题，提出一种基于局部信息熵和梯度漂移的双目视觉测量算法。首先，将图像划分成若干子区域，计算各子区域局部信息熵筛选出高熵区域，并利用oriented FAST and rotated BRIEF（ORB）算法检测特征点；其次，采用圆形邻域代替像素点，并对圆形邻域内各像素梯度幅值采用二维高斯加权的方式改进旋转不变local binary patterns（LBP）；然后，与rotated binary robust independent elementary features（rBRIEF）融合生成新的描述子进行特征匹配；最后，提出梯度漂移方法，引入特征点次极大响应值作为辅助因素，结合极大响应值通过坐标迭代更新计算出理想特征点的精确坐标，解决提取特征点坐标不准确的问题，提高测量精度。实验结果表明：所提算法的平均匹配正确率较传统ORB算法提高37.51%，测量最低相对误差达到0.365%。

可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术在测量过程中不可避免地会受到光学条纹、探测器噪声和电路噪声等干扰，导致输出结果波动较大。使用Kalman滤波器对测量结果进行后处理可有效提高TDLAS系统的测量精度和抗干扰能力。重点对Kalman滤波算法中的测量噪声协方差σV2与过程激励噪声协方差σW2的比值g进行了研究。从滤波器输出结果的波动和输出响应时间两个维度入手，通过赋予二者不同的权重得到滤波器的综合效果评价指标R，综合研究了R-g关系，得出了最佳g值为27。同时，仿真验证了Kalman滤波比平滑滤波和扩张状态滤波在抗干扰和稳定性方面的优势。将参数优化后的Kalman滤波器用于TDLAS逃逸氨检测中，体积分数为4.7×10-6的NH₃的浓度、体积分数为108×10-6的NH₃的浓度、H₂O的浓度、温度的测量精度分别提高了3.54、3.48、3.00、2.80倍。

罗兰C系统受到原子钟工艺和无线电信号测量精度限制,难以实现台站间高精度时间同步。基于量子纠缠微波信号和腔电光力系统,通过将微波量子信号转换到光频域进行符合探测,可以得到更精准的罗兰C主副台的同步时差信息。经过理论分析和仿真,得出腔中微波和光转换的条件,以及腔内耗散对保真度的影响。通过控制腔的驱动场参数可实现最优相位灵敏度检测,精度水平能达到皮秒量级。相较于原有同步方式,无需使用昂贵原子时钟,无需测量脉冲到达时间,即能有效提高时间同步精度。

基于不同位置的动态光路延迟装置和位于罗兰C主台的纠缠源信号,通过主台非平衡M-Z(马赫-曾德尔)干涉仪检测不同路径纠缠光场的相位差信息,得到罗兰C主、副台的同步时差信息。理论和仿真分析结果表明,在相位差为0.5π时,能得到最佳时差信息,精度能达到数十皮秒级别。相较于原有的主从同步或自由同步等方式,此方案不需要测量脉冲到达时间,而且能够突破量子噪声极限,有效提高了测时精度。

为了检验星载多角度偏振成像仪(DPC)在自然目标下的偏振和辐射定标精度,设计了测量精度验证试验。在晴朗天气对天空成像,得到了天空的偏振度和辐亮度数据,并将其与同时观测的CE318型太阳-天空偏振辐射计的数据进行了比对。结果显示:三个偏振波段的平均偏振度差异小于0.02,满足DPC偏振测量精度的指标要求,但辐亮度差异较大。修正定标光源与测量目标间光谱非匹配的影响,两台仪器观测波段、观测视场非一致性的影响以及系统偏差后,两台仪器490 nm和670 nm通道的平均辐亮度的差异小于1%,865 nm通道的平均辐亮度差异小于2%,验证了DPC定标数据的有效性和仪器的测量精度。

回转窑是水泥熟料生产中的重要煅烧设备。在生产过程中,需要通过对回转窑的表面温度进行测量来监测窑体内部的生产状态。传统方法使用单波段红外测温对回转窑的表面温度进行监测,但是这种方法的测温精度不高,无法获取准确的测温数据。为了提高回转窑表面测温精度,提出了一种红外双波段测温方法。首先对传统的回转窑测温方法进行了理论分析,包括影响测温的几种主要因素;然后介绍了双波段测温原理,并推导出了基于回转窑的双波段测温模型;最后对其进行了实验验证。结果表明,与传统的单波段测温方法相比,本文方法在温度测量方面具有更高的精度。

针对星上激光通信终端二维转台的精确控制，设计了实时测量转台旋转角度的专用型光电角度编码器。根据星载激光通信终端所需测角系统的设计指标，分别对光电角度编码器的码盘、指示光栅及光电信号的提取方法进行了设计和选择。其中，格林二进制绝对式编码结合高质量的电子学细分，实现了编码器24位的绝对角度测量; 四象限矩阵编码方式有效地减小了码盘的径向尺寸; 分体读数头式指示光栅较整周玻璃盘大幅度压缩了体积和重量。在室温条件下对安装在星载激光通信终端上的光电角度编码器进行了测角精度检测。结果表明: 该测角系统的角度测量精度约为0.7″(优于1.0″)。激光通信终端设备的在轨稳定运行及捕获、跟踪和通信功能的正常发挥，进一步验证了所设计的光电角度编码器测角精度高、抗辐射能力强、工作可靠性高，满足星载激光通信终端设备的应用要求。

阐述了红外测量技术的优点及其在试验试飞任务中的主要应用, 简要介绍了红外成像系统的工作原理; 分析了飞行器红外辐射的温度特性和光谱特性, 针对飞行器的红外辐射特性, 提出了红外测量在试验试飞任务中应选用的测量波段; 通过理论计算, 分析和估算了红外测量系统的作用距离和测量精度等技术指标; 结合工作实际, 提出了红外测量技术在试验试飞应用中应注意的问题。

提出了利用大气修正因子修正大气透过率来提高测量目标红外辐射特性精度的方法。建立了目标红外辐射特性测量模型, 给出了基于大气修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将短距离大气透过率实测结果和MODTRAN模拟计算的大气透过率之比定义为基础大气修正因子, 然后依据长距离与短距离的不同数量关系得到增强大气修正因子, 最后利用该因子对MODTRAN计算的长距离大气透过率进行修正并进行目标的辐射反演, 从而获得目标辐射特性。 对中波红外摄像机进行了定标, 利用中波红外摄像机和面源黑体开展了目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明, 利用大气修正因子修正大气透过率的目标辐射测量方法得到的目标辐射特性测量精度在8%左右, 高于传统的利用MODTRAN计算方法得到的20%的测量精度。得到的结果显示本文方法较传统方法较大程度地提高了目标辐射特性测量精度。

为了提高大视场红外光电经纬仪测角精度，提出了一种多元回归分析的静态精度标定方法。对影响其精度的原因进行分析，并提出相应的解决办法。首先介绍了红外光电经纬仪的系统组成和测量原理，分析了物像空间在大地坐标系下的坐标对应关系，然后，指出了影响大视场红外光电经纬仪测量精度的原因是由于加工与装调过程中引起的误差，并且该误差与光学设计值不完全一致。最后，针对这一问题，提出了使用多元回归分析数据处理方法，该方法在全视场内按区域建立多元回归分析计算模型，当进行精度解算时，通过多元回归分析模型对脱靶量进行修正，使用修正后的脱靶量进行测角精度计算。实验结果表明：经过多元回归分析修正后的方位角与高低角测角误差标准差分别由21.44″与26.81″提高到7.62″与6.38″。有效地提高了大视场红外光电经纬仪的测角精度。