为满足车载激光雷达接收光学系统在复杂环境实际应用中的温度适应性要求，本文基于一种将长焦镜头与线阵探测器相结合，通过局部图像级成像显著提高激光雷达系统探测分辨率的方案，设计了一款轻小型无热化的四片式全玻璃长焦镜头，研究了其在不同温度下的像面漂移。分析结果表明，所设计的长焦镜头在整个-40~100 ℃的温度范围内焦移量为0.021 mm，小于焦深0.074 mm，在30 lp/mm处各视场调制传递函数（MTF）均大于0.5，全视场内光斑半径在7 μm以下，水平及垂直角分辨率为0.045°（H）×0.045°（V）。此长焦接收光学系统结构简单、成像质量高、环境适应性强，在车载激光雷达领域具有良好的应用前景。

传统的车载支撑平台晃动量较大，难以满足车载光电经纬仪高精度不落地测量要求。为了兼顾轻量化、高刚度和便于制造的要求，采用离散体桁架拓扑优化方法设计了一种具有桁架蒙皮式结构的高比刚度车载支撑平台；建立了平台系统的有限元仿真模型，根据平台安装光电经纬仪的稳定性要求，分析了不同工况和载荷条件下平台系统的静力学和模态特性，搭建了支撑平台稳定性实验装置。结果表明，在经纬仪工作角加速度0.5（°）/s²~20（°）/s²范围的激励下，经纬仪基座的响应加速度为0.008~0.55 m/s²，无明显影响经纬仪跟踪性能的共振响应发生。同时，采用倾角传感器测量了平台晃动幅值，最大晃动量为7.2″。该支撑平台具有较高的支撑稳定性，适用于车载光电经纬仪高精度不落地测量。

我国城市气体污染物主要包括氮氧化物、 臭氧、 二氧化硫和颗粒物等, 其中NO2和SO2是气体污染物中常见的污染痕量气体, 对地气辐射、 全球气候、 空气质量和人体健康都有着直接或间接的影响。 淮北地区是我国基础能源和重要原料煤炭的生产基地, 长期的煤炭生产使得当地大气环境污染相对更为复杂, 开展快速获取大气污染物浓度是目前研究热点之一。 差分吸收光谱(DOAS)仪是一种光学遥感式光谱设备, 具有稳定、 时间分辨率高、 灵敏度高和不受搭建平台制约等优势特点, 可同时获取多种污染气体的浓度信息。 针对淮北地区复杂的环境污染, 构建了基于移动平台的车载小型差分吸收光谱系统(DOAS), 该系统包括光谱采集系统、 温控系统和GPS定位系统。 利用车载GPS定位系统记录移动过程中的经纬度和车速, 光谱仪放置在恒温系统中, 保障系统测量的精准性。 在实验期间, 首先测试了系统的性能, 规划了走航观测路线, 并将车载DOAS测量结果与地基MAX-DOAS进行对比以验证系统的准确性, 实现了对淮北地区的大气典型污染物的快速、 便捷、 精准监测。 航测期间, 利用QDOAS软件对原始测量光谱进行反演处理, 选取相对干净的光谱作为参考谱, 获取了淮北地区NO2和SO2柱浓度空间分布, 其中NO2的浓度范围为5.09×1015～15.4×1016 molecule·cm-2, SO2的浓度范围为3.53×1015～9.07×1016 molecule·cm-2。 将车载DOAS测量的结果分别与站点地基MAX-DOAS测量结果和卫星(TROPOMI)数据对比, 均具有较好一致性(相关系数R2>0.75)。 外场实验表明构建的车载小型DOAS系统可以准确的获取城市污染气体柱浓度分布, 为确认城市污染气体的源区和校验卫星遥感数据提供一种有效的技术手段。

采用某品牌道路综合检测车的车载式激光路面平整度检测系统，通过试验研究发现连续纵坡和小半径圆曲线路段下的纵断面相对高程及相应的国际平整度指数IRI测试结果存在异常波动。主要原因是检测车在连续上坡阶段车身姿态表现为后仰，连续下坡阶段车身姿态表现为俯冲，左转弯时车身姿态表现为右倾，右转弯时车身姿态表现为左倾，车身的俯仰和侧倾姿态会协同激光测距传感器产生偏移，导致输出的断面高程数据异常，国际平整度指数IRI测试结果失真。试验研究结果表明，基于激光测距及单轴加速度惯性修正技术的车载式激光路面平整度检测系统对于低等级公路复杂线形路段存在不适用性，其相应的激光测距修正技术尚待进一步研究。

针对车载移动测量系统不同时期获取的道路场景点云位置一致性差、车载激光点云与固定站激光点云坐标基准不统一的问题，本团队提出了一种利用地理实体目标特征的道路场景激光点云配准方法。首先分析道路场景激光点云的数据特点，结合高程误差趋势和道路场景地物的分布特征对车载点云进行分段，分割条带分布的车载道路点云为连续分布的小范围分段点云；然后提取固定地理实体目标作为配准基元，以降低场景的复杂度；接着结合特征值与形状指数构建特征约束，提取配准基元的多尺度关键点；最后在关键点约束下应用4PCS和双向KD树改进的ICP算法，完成多期道路车载激光点云的配准以及固定站与车载点云的配准。实验结果表明：多期车载点云配准精度在5 cm范围内，固定站与车载点云的配准精度最高可达到4.2 cm。所提方法为道路场景激光点云的高精度融合提供了实现途径。

农田变量施肥作业需要对农田土壤养分信息进行高精度的快速原位采集, 已有的设备不能满足精细农业田间测量的需要, 为此基于近红外漫反射测量开发了一款新型车载式原位土壤参数检测仪。 检测仪采用光照稳定性更好的卤钨光源代替太阳光进行土壤光谱检测, 以提高仪器对工作条件的适应性。 由7个敏感波长(1 070, 1 130, 1 245, 1 375, 1 450, 1 550, 1 680 nm)构成的土壤氮素测量极限学习机模型提高了仪器的测量实时性和精度。 检测仪由机械部分、 光学部分及控制部分组成。 机械部分为检测仪提供平台支撑, 光学部分为检测仪提供检测光源, 主要由卤钨光源、 光源转接法兰、 近红外导光光纤、 检测总成（含入射光出口端、 InGaAS光电探测器及7个敏感波长的滤光片）等组成, 控制部分实现对土壤测量信号的采集及处理。 检测仪工作时, 卤钨光源通过近红外导光光纤、 检测总成中的入射光出口端将检测光源传输到待测土壤表面, 通过测量土壤表面漫反射光的光谱反射率检测土壤养分参数。 在卤钨光源和近红外导光光纤连接处设计光源转接法兰, 最大限度的减小检测光源在传输过程中的损失。 漫反射光经过检测总成中的滤光片滤波后, 由相应的InGaAS光电探测器实现光电转换, 再经信号处理单元计算出各个敏感波长处的反射率。 检测仪采用灰度标准板进行光学标定测试, 测试结果显示, 检测仪在7个敏感波长处的反射率与MATRIX-I型傅里叶光谱分析仪反射率相关系数最高为0.997 8, 平均值为0.927 8, 表明检测仪有较高的检测精度。 为进一步对检测仪农田土壤养分的检测精度进行评估, 进行了检测仪的农田应用试验, 检测结果表明检测仪检测值与实验室标准检测方法检测值的相关系数都在0.90以上。 试验结果表明, 车载式原位土壤参数检测仪能够实现对农田土壤养分信息的快速原位高精度检测。

车载平显系统(HUD)可以让驾驶员更快速地查看车速、导航等相关信息,缩短驾驶视觉盲区时间,减少交通事故,改善驾驶体验。为加快车载HUD的普及,研究基于数字微镜元件(DMD)的微型投影系统,并以符合车身结构的反射式光学系统为核心,给出了仿真模型。借助投射投影屏,图像多次反射后进入人眼,形成位于挡风玻璃前端的虚像。设计目标显示,虚像距离为2.5 m,驾驶员不需要改变视距便可查看图像内容;水平可视范围为140 mm,垂直可视范围为60 mm,得到眼睛在不同位置看到的图像的光学传递函数,均接近衍射极限,表明图像清晰,设计效果较好。图像视场角为水平12°,垂直6.75°,在不干扰驾驶员视线的情况下提供了足够的显示面积。

为了给车式载体提供更准确的高程信息,提出了基于激光多普勒测速仪与惯性导航系统进行组合构建车载高程计的方案。利用激光多普勒测速仪与惯性导航系统分别测量车式载体的速度和姿态角,并结合初始点的高程解算得到待测点的高程。阐述了系统的结构和基本原理,并进行了车载实验。理论分析和实验结果表明：所设计的激光测速仪测量精度优于测量值的0.285%,将其与惯性导航系统进行组合测量某一地点高程信息是切实可行的。

车载抬头显示系统(HUD)可以将车辆相关信息显示在前挡风玻璃的驾驶员平视范围内,可以避免低头看仪表,从而缩短眼球对前方的视觉盲区时间,对减少因低头走神引起的交通事故有着重要的价值。对基于DLP的HUD微型投影显示光学系统进行了研究,利用复眼透镜对LED光源进行匀化整形,利用TIR棱镜进行转向,利用投影镜头进行成像,整个光学系统呈“U”字型排列,结构紧凑,体积较小,成像质量满足使用要求。

为了研究气压对车载光电系统成像质量的影响，在分析气压变化对光电系统离焦影响的基础上，建立了气压引起光电系统成像模糊的数学模型。通过建立某轮式火炮瞄准镜的光学系统模型，并设置不同的环境气压对系统模型进行仿真分析，最终得到了不同气压下该瞄准镜的成像仿真图像。利用灰度平均梯度法对仿真图像进行评价，并得出结论：环境气压越低，图像越模糊，该瞄准镜的成像质量越差。此研究对新型车载光电系统的环境适应性设计具有重要的参考价值。