高精度双向反射分布函数 (BRDF) 绝对测量装置可用于星上定标漫反射板等漫反射参照体 BRDF 的绝对测量, 其转角的不确定度是整个装置不确定度的主要来源之一。通过对各部件几何位置的标校降低 BRDF 绝对测量装置转角的不确定度, 可有效降低BRDF 绝对测量的不确定度, 具有重要的意义。根据 BRDF 绝对测量装置的特点, 以串联式六轴机器人为测量工具, 以固定于中空分度盘的积分球光源出射的光束作为指示, 开发了一整套 BRDF 绝对测量装置各部件几何位置的标校方法, 最后基于镜反射实验验证了转角的精度优于 0.05°, 满足应用需求。该方法不仅测量精度高,而且大大简化了装调过程, 实现了无接触式标校, 为类似装置的标校提供了参考。

从信标光链路中高效地获取运动平台的姿态信息是运动平台量子光通信成功的关键之一。针对运动平台量子光通信的实际需求，提出一种探测载体平台旋转姿态角的信标姿态解耦方法，有望显著提高量子光通信的动态链接效率。经0°、45°、－45°偏振片起偏调整的RGB三色合束信标光，携带着载体平台的旋转姿态角信息，经自由空间传输后由地面接收系统解耦。接收端利用光电探测器获得信标光的三色光强值，根据三色光强值的差动、比值构造特征参数β，建立信标光旋转角θ与特征参数β间的关联曲线，利用该曲线反演载体平台的空间旋转角信息。分析θ在0°～90°的变化趋势及β的数值结果，并对不同距离下的测量结果进行误差分布分析。实验表明，所反演的信标空间姿态角度测量精度可以达到±0.05°。室内实验结果的3σ值小于0.5°；室外实验结果的3σ值小于1°。综合整体性能分析，所提方法具有测量运动平台空间旋转姿态角的能力，可用于在浮空平台或类似领域中进行姿态角度测量。

谐振腔通过增加光与原子相互作用的长度而增大探测光偏转角, 大大增强了原子磁强计的灵敏度。我们基于磁光旋转的铯原子磁强计, 在理论与实验上研究了磁场测量灵敏度的腔增强因子与腔镜反射率的关系, 得到在一定原子气室损耗条件下获得最优磁测灵敏度的最佳腔镜反射率。利用平凹驻波腔, 在特定的腔镜反射率, 原子气室对光功率的损耗分别为9.5%和8.5%, 对应的腔逃逸效率为38%和41%, 腔对磁场灵敏度的增强因子为4.4和5.1; 在保持光与原子相互作用强度的情况下, 随着原子气室对光场损耗的降低, 磁场灵敏度进一步增强, 腔增强效果更显著。

针对传统有源电磁式互感器易饱和、稳定性与抗干扰能力差、安装受限等问题，本文基于Faraday磁光效应，设计了一种无源全光纤电流互感器，通过旋光角来测量被测电流；设计互感器以HB Spun光纤作为传感元件，无饱和现象，可用于大电流测量；利用光学互易回路，消除光路中温度、光纤缺陷等因素对旋光角测量的干扰；采用反射式光路将电场引起的旋光角放大4倍，实现小电流的精确测量；传感元件采用柔性传感光纤环结构，形状可变，适应复杂空间内电流的测量。对比了不同圈数的柔性光纤传感环与标准电流互感器的测量精度，结果表明，本文设计的光学互易回路可以消除温度对电流测量的影响，全光纤电流互感器在-5 ℃～70 ℃全温度范围内精度为0.5，可实现小电流的精确测量。

为了解不同点云配准方法的配准效率和配准精度,使用不同的点云配准方法(三维形状上文、点特征直方图、快速点特征直方图、四点一致集、迭代最近点、正态分布变换)对三维点云数据进行了粗配准实验。在实验过程中记录了点云配准的时间和点云配准在x、y、z轴上的旋转角度误差和平移距离误差,通过分析实验记录的数据来比较不同点云配准方法在粗配准实验中的配准效率和配准精度。实验结果表明,三维形状上文、点特征直方图、快速点特征直方图在粗配准实验中表现良好;四点一致集配准效果较好,但耗时较长;迭代最近点不适用于粗配准;正态分布变换在粗配准实验中表现一般。该实验结论能够为不同情况下点云配准方法的选择提供有效的借鉴。

基于多块光栅拼接理论,建立了光栅旋转角与衍射光束偏角关系的数学模型,设计了一种基于干涉法的光栅旋转角度检测光路,用Zygo干涉仪实现了光栅0级与1级衍射波前检测,并研究了反射镜安装误差引起的模型误差。实验结果表明,利用理论模型对光栅姿态在0~500 μrad内调整时,光栅间栅线平行度的最大相对测量误差为3.85%。而反射镜俯仰角和偏摆角在0″~20″变化时,所引起的光栅间栅线平行度的最大相对测量误差分别为4.99%和3.77%。