飞行高度1000 m、飞行速度200 km/h的机载激光雷达（LiDAR）在测量海域的海底地形时，需要控制LiDAR中的二维振镜扫描系统，使激光脚点达到探测幅宽350 m以上、扫描网格点密度在1 spots/m²以上的圆锥扫描轨迹。根据二维振镜结构的特性，本文通过改进的Bresenham算法生成控制系统中步进电动机的触发信号，并对由二维振镜系统导致的光束横向偏移误差进行补偿，使扫描角误差降低至0.24 mrad以下。通过仿真实验验证了Bresenham算法可使机载LiDAR的二维振镜扫描系统达到水面激光脚点密度1~5.59 spots/m²和扫描角10°~60°的圆锥扫描，进一步证明了由算法导出的触发信号有效性。

提出了一种基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统;基于光线追迹方法建立跟踪系统的几何光学模型,并对跟踪系统进行误差分析,通过仿真对激光跟踪系统的指向精度以及跟踪性能进行分析。仿真结果表明:在跟踪距离100 m处,跟踪系统的位置指向精度可达0.35 mm,角度指向精度为0.72″,跟踪范围为-10°~10°,最大跟踪速度可达3.6 rad/s,能够实现对远距离快速运动目标的高精度实时主动跟踪。

对比分析现有光束扫描系统的优劣, 提出采用二维振镜扫描系统作为多光谱集成靶标的光轴调向装置, 光轴调向装置的调向精度影响多光谱集成靶标的校准精度。通过对二维振镜扫描系统调向误差进行分析, 建立二维振镜扫描系统调向模型, 并进行了二维振镜扫描系统调向误差测量实验。结果表明: 二维振镜扫描系统的方位角误差和俯仰角误差小于8″, 调向角误差小于9″, 调向误差小于10″, 能够满足多光谱集成靶标光轴调向精度要求。

为了提高基于二维振镜光轴平行性检测方法的检测精度, 简化测量操作步骤, 设计了一种基于二维振镜扫描系统的多光谱集成靶标。通过多光谱集成靶板与LED照明光源结合, 解决一靶专用中需要频繁更换、反复调校靶板及光源的问题。利用二维振镜进行十字分划中心对准, 提高CCD检测方法的测量精度; 采用像差优化的卡塞格林准直系统, 改善十字分划成像质量。通过光轴平行性检测实验, 多光谱集成靶标校准精度达到了0.10 mard, 该精度满足多光谱光电系统光轴平行性高精度和自动化检测的要求。

为了提高激光共聚焦系统的扫描速度，本文提出一种逐场扫描的场同步扫描方法。构建了激光共焦显微系统，将美国THORLABS公司的GVS002型二维检流计振镜应用于该系统，根据光学系统参数以及扫描范围要求计算振镜的整场扫描波形。借助NI公司的PCIe6353多功能数据采集卡, 输出行同步的扫描波形，同时，对共焦显微系统共焦位置上针孔处的光强信号进行采集，先后扫描一幅256×256和512×512的图像，记录扫描图像和成像时间; 然后，在相同的硬件结构下，以场同步的方式输出扫描波形，记录扫描图像和成像时间。实验结果表明: 场同步方式扫描256×256图像的速度可提高10倍，扫描512×512图像的速度可提高5倍，且满足共焦显微成像的清晰、抗干扰能力强等要求。与行同步扫描方法相比，场同步扫描方法可以消除行与行之间转换的停留时间，在不改变硬件的情况下大幅提高扫描速度。