本文提出一种基于CAD立体模型匹配的位姿测量方法，用于解决高功率激光装置中微小靶的高精度定位问题。该方法利用CAD文件信息构建靶的立体模型，将立体模型与3-CCD多源图像进行关联匹配，避免了传统定位方法中将多源图像单独处理产生的误差叠加问题。本文基于模型探索点的Chamfer距离转换定义靶的匹配度函数，用于评估模型与靶的匹配程度，并利用遗传算法（GA）对该函数进行寻优求解得到靶的测量位姿。针对GA容易陷入局部最优值问题，提出一种基于分层的自适应遗传算法（HAGA）提高算法的搜索精度和效率。为提升复杂工程的系统调试效率，本文利用OpenGL图形库搭建仿真系统，实现靶的仿真成像、离线算法调试等功能。仿真系统避免了系统中安装误差、加工误差以及相机环境光等诸多因素的干扰，能够更方便的对算法进行调试和验证，提高工程效率；实验还搭建了3-CCD定位测量平台用于对不同靶型准直状态的定位调整。测量结果显示靶的平移定位误差小于3.5 μm，角度误差小于0.07°，其误差小于实际测量系统的误差要求，验证了测量算法在实际工程中应用的可行性。

为了实现不同位置、磁矩和埋深的多个磁偶极子同步定位，提出通过自适应模糊c-means（Adaptive Fuzzy c-means Clustering， AFCM）聚类和张量不变量进行磁目标多源定位的方法。首先，在磁梯度张量系统的二维平面网格测量基础上，利用归一化磁源强度和张量缩并的不变量改进倾斜角对目标二维分布区域进行预识别。然后，利用张量衍生不变关系定位方法计算识别区域内各节点处的磁偶极子初始位置三维坐标，这些坐标将在磁源的真实位置空间周围形成稠密点云。最后，AFCM聚类算法将对这些初始位置解集点云进行三维聚类并自动检测簇质心数目，估计的簇质心数即为目标数量，簇质心即为目标位置坐标，张量矩阵和位置矢量可用于目标磁矩计算。仿真数据集表明，在5 nT/m方差的高斯噪声环境下，对20个磁偶极子目标数目估计精度为100%，水平位置估计精度大于91.7%，埋深估计精度大于85.6%；实测中，在2.1 m×2.1 m和1.2 m×1.2 m测区内对多个小型磁铁的坐标估计偏差小于0.091 m。

飞机在夜间起降时机场跑道上侵入的异物严重威胁航空运输安全，而暗光背景下依靠人工步行巡查小尺度异物更易留存致命的安全隐患。将智能视觉检测算法引入机场跑道异物入侵领域，针对现有模型倾向关注局部特征而造成检测精度低等问题，设计了一种融合自注意力特征嵌入的CSPTNet夜间机场跑道异物检测算法。为改善卷积神经网络关注局部特征而忽视全局特征的缺陷，将标准瓶颈模块替换为Transformer瓶颈模块，特征图子块扁平化分割后嵌入位置特征编码，有利于图像从像素表示转化为向量表示，在高维向量空间中捕捉像素间关系。采用多头自注意力机制从注意力分支子空间中获取不同分支聚合的特征信息，从而实现全局特征与局部特征信息的融合。针对数据集目标尺度较小导致轮廓边缘模糊以及定位困难等问题，引入CIoU损失函数以实现预测框尺寸和中心位置的修正优化，提高异物目标轮廓的定位精确性。实验结果表明，本文模型的检测速度达到38 frame/s，满足实时检测的要求；平均精度最高为88.1%，应用融合自注意力特征嵌入的Transformer模块相比于标准瓶颈模块提升5.7%，与当前先进的YOLOv5模型相比提升5.2%，从而验证了CSPTNet算法对夜间机场跑道异物检测的有效性和工程实用性。

为了研究磁梯度张量系统（Magnetic Gradient Tensor System， MGTS）的理论探测极限，利用磁偶极子正演公式、张量矩阵特征方程和张量不变量推导了差分磁梯度张量测量范围公式，提出了MGTS理论探测极限估计方法。利用磁梯度张量空间衍生不变关系定位方法估计目标体磁矩，并利用差分计算原理在背景场静态采样中估计MGTS的张量分量测量准确度。利用提出的方法估计现场MGTS的理论探测极限。滑动磁性物体远离MGTS并进行连续采样，记录张量信号实际可观测范围并对估计结果进行验证。结果表明，MGTS的理论探测极限与基线距离d、测量准确度q、目标磁矩强度M、观测点与目标磁矩间夹角θ等有关；d越长，q越高，M越大，MGTS理论可探测距离越远；d越长，观测距离越近，MGTS测量的理论误差越大；探测距离在MGTS平行于磁矩方向时最大，在垂直于磁矩方向时急剧减小。实验表明，平面十字形MGTS针对4个典型磁铁的探测极限估计准确度为±0.4 m。

针对远距离飞机目标，机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制，影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）和重构的回波降噪方法，首先对脉冲激光目标回波波形进行建模，然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明，所提方法可以准确提取目标峰值点位置，改善激光测距机的目标定位精度。

运动目标的光电定位不能像静止目标那样简单做均值滤波，鉴于此，引入粒子滤波算法，它不仅可以应用于线性系统，而且还适用于非线性系统。结合光电定位需求，详细推导了计算公式及初值和参数选取公式，对只含测量噪声以及含有测量和运动噪声等的海面运动目标光电无源定位算法进行了仿真计算，验证了算法的有效性，讨论了噪声强度对滤波效果的影响，滤波参数选择对滤波效果的影响，目标运动方式对滤波跟随性的影响，重采样算法对滤波效果的影响等。所得结论为：粒子滤波可用于运动目标光电定位过程，可有效降低定位误差；粒子滤波算法具有较强鲁棒性，适用于噪声较大、目标运动形态变化大等情况。