为了克服单一光学通道长焦距与大视场之间的矛盾, 设计了一款分孔径大变倍比三视场中波红外光学系统。该光学系统采用分孔径技术, 包括小视场光学通道和中视场/大视场光学通道, 两个通道之间的转换通过切出切入45°放置的反射镜完成, 小视场光学通道采用二次成像, 仅采用6片透镜, 透过率高; 中视场/大视场光学通道采用三次成像; 小视场光学通道与中视场/大视场光学通道共用一片反射镜和中继组, 实现了共出瞳分入瞳——分孔径; 小视场长焦距为1 120 mm, 大视场短焦距为22.58 mm, 变倍比达到53×; 对小视场光学通道进行了三次立体折叠, 对中/大视场光学通道进行了一次折叠, 有效地对横向和纵向尺寸进行了控制, 外形包络在270 mm×217 mm×258 mm范围内, 系统紧凑, 实现了兼具长焦距和大视场的三视场中波红外光学系统。设计及实验结果表明该光学系统像质良好, 满足热像仪使用要求。

为了满足EMCCD侦察探测装置的实际使用要求, 设计了一个三视场光学系统。系统采用EMCCD接收, 像元尺寸为16 μm×16 μm 。通过对比4种成像系统结构形式的优缺点, 选定三视场光学系统的初始结构形式, 运用CODEV软件对其进行优化, 实现600 nm～850 nm波段范围内三视场光学系统成像。设计结果表明, 三视场光学系统的传递函数MTF在35 lp/mm频率处均大于0.5, 点列斑直径均小于像元尺寸, 畸变均小于0.2%, 成像对比度满足使用要求。

为了确定三视场定位定向设备各个误差源对定位定向误差的影响，建立了定位定向的误差分析模型。首先，给出了三视场导航设备采用空间解析几何法进行定位定向的原理。其次，指出影响定位定向的各个误差源,归纳分析了误差源的特性、概率分布以及误差源对定位定向信息对的影响。然后，利用定位定向原理建立起定位定向误差分析模型。最后，利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析。仿真结果表明系统的定位均值误差为121.0 m；定向均值误差为7.4″，并指出定位定向主要的误差源是水平测量误差，其次是垂线偏差数据的误差。野外实验表明，该系统的定位均值误差为182.12 m；定向均值误差为9.3″，水平测倾角的误差对定位定向结果的影响最大。

研究了基于最小损失函数法的三视场定位定向中各个误差源对定位定向准确度的影响.给出了基于最小损失函数进行三视场天文定位定向的数学模型, 结合模型归纳了定位定向的误差源及其特性, 分析了误差源对定位定向信息对的影响.最后, 建立了定位定向误差仿真模型, 并利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析.仿真结果表明系统的定位准确度为88.1 m, 定向准确度为3.0″.分析指出定位定向主要的误差源是水平测量误差, 其次是垂线偏差数据误差.野外实验表明, 该系统的定位准确度为163.0 m, 定向准确度为3.5″, 水平测倾角的误差对定位定向结果的影响较大.

为了在已知粗略方位角和地理位置时实现三视场天文定位定向设备的快速测量，给出了一种三视场定位定向设备的快速局部星图识别方法。分析了三视场定位定向设备使用全天球识别数据库执行三角形识别时识别效率低的原因; 指出了应先进行视场内识别，后进行视场间识别以提高效率，并给出星图识别时角距误差门限的选取范围; 给出了一种基于粗略位置和方位快速生成局部识别数据库的方法，它可以减少识别信息的冗余，实现高效的星图识别。仿真实验和野外实验结果表明：使用此局部识别方法正确识别率可达99.19%，识别速度为24.3 ms，基本满足三视场天文定位定向设备快速高效测量的要求。验证了局部星图识别方法的效率，以及采用先视场内识别后进行视场间识别方式的正确性。