在诸多需要对光斑质心进行定位的领域里, 光斑质心定位的精确性和稳定性都是至关重要的。根据光学系统对物体边缘的模糊原理, 提出一种新的光斑中心提取算法。该算法是以反正切函数为基函数, 通过对其变量代换从而得到可以拟合光斑灰度分布的函数。求解过程中首先通过高斯-牛顿法进行迭代, 然后再通过最小二乘法进行最优解估计。文中先通过仿真分析, 对比了文中算法与传统算法的优劣, 进一步通过实验验证该方法相对于传统方法的优势。实验结果表明: 基于文中算法光斑质心提取精度为0.125 3个像素; 此时角度传感器的测角精度为0.172 3″, 优于传感器技术要求的0.25″。文中算法对噪声、对比度、光斑的长宽比和大小的综合性能优于传统算法, 实验结果稳定可靠, 满足角度传感器使用要求。

研究用于飞行器等动态基座航向角校准的大范围、中高精度航向角度测量系统。系统采用2个面阵电荷耦合装置（CCD）检测反射光斑的相对位置，实时测定动态基座航向角，为避免基座晃动的影响，提出了角锥棱镜反射测量方法并设计了整套光路，所需元件少，结构简单，光路调谐简便，适合空中作业。根据预估参数搭建了实验系统，对面阵CCD传感器的检测信号进行阈值分割处理后，采用重心亚像素检测方法，定位精度达到0.4像元大小，航向角度测量不受基座晃动影响，测量精度优于1′，测量范围满足±10°，为应用于外场实验打下了基础。