为了在严重遮挡以及少纹理等具有挑战性的场景下，准确地估计物体在相机坐标系中的位置和姿态，同时进一步提高网络效率，简化网络结构，本文基于RGB-D数据提出了采用辅助学习的六自由度位姿估计方法。网络以目标物体图像块、对应深度图以及CAD模型作为输入，首先，利用双分支点云配准网络，分别得到模型空间和相机空间下的预测点云；接着，对于辅助学习网络，将目标物体图像块和由深度图得到的Depth-XYZ输入多模态特征提取及融合模块，再进行由粗到细的位姿估计，并将估计结果作为先验用于优化损失计算。最后，在性能评估阶段，舍弃辅助学习分支，仅将双分支点云配准网络的输出利用点对特征匹配进行六自由度位姿估计。实验结果表明：所提方法在YCB-Video数据集上的AUC和ADD-S<2 cm结果分别为95.9%和99.0%；在LineMOD数据集上的平均ADD（-S）结果为99.4%；在LM-O数据集上的平均ADD（-S）结果为71.3%。与现有的其他六自由度位姿估计方法相比，采用辅助学习的方法在模型性能上具有优势，在位姿估计准确率上有较大提升。

微位移工作台是实现高精度定位的关键部件，传统的工作台自由度少且分辨力不高，不能满足应用需求，因此提出一种六自由度高精度微位移工作台结构方案并验证了其性能。在整体结构上采用“串并联混合驱动”的方式和中空结构，将六个自由度的运动合理地分布在平动层，转动层和支撑层三层结构中，并设计开发了工作台的运动控制系统以及一套可搭配使用的运动控制软件。实验结果表明，X，Y，Z轴线位移分别优于20，20和37 μm，角位移行程分别优于39″，33″和27″；线位移分辨力均优于0.7 nm，角位移分辨力均优于0.1″。所提出的六自由度微位移工作台相比于传统工作台具有自由度多、极高分辨力等优点，有望在超精密加工，微电子制造等领域中获得广泛的应用。

鉴于通过测量高精度的位移数据可以获得高精度的微重力加速度数据，进而服务于多种空间科学载荷的研究任务，提出了一种基于三组正交对称角锥棱镜的双频光路，利用外差干涉测量技术实现空间惯性质量块的六自由度位移和角度测量的方法。通过光路矢量分析建立了实际角锥棱镜的光路模型，考虑质量块在运动过程中带来的附加光程差，推导了各测量光路的光程变化与质量块六自由度位姿的函数关系。为了克服小角度近似法精度不高的缺陷，提出了利用数值计算法解耦姿态角进而获得相对位移的位姿解算算法。利用空间在轨位姿数据和随机位姿数据进行系统仿真。仿真结果表明：数值计算的位移误差小于0.02 fm，且该方法的计算误差不会随着飞行器振动的增大而变大，算法具有更高的精度和更好的适应性。最后，分析了系统的误差来源，在保证角度安装误差小于5 mrad、距离安装误差小于10 μm且平行度小于2 mrad时，系统的姿态角测量误差小于0.017°，位移测量误差小于10 nm。本文提出的六自由度测量及解算方法也可以服务于其他精密加工与检测领域。

为了实现在地基条件下对动平台光学测量设备跟踪性能的检测与鉴定，提出了一种六自由度检测靶标及检测方法。采用旋量指数积法以全局的方式建立了检测靶标连续无奇异性的运动学模型，只需建立检测靶标首尾两个坐标系，提高运算效率，实时高精度模拟动平台与典型机动目标的融合运动轨迹。综合考虑检测靶标与光学测量设备的性能指标，计算并分析得到某船载光学测量设备方位与俯仰轴跟踪随机误差分别为23.88″和23.86″。将模拟光学目标安装于机械臂末端构建了六自由度检测系统，制定合理可行的检测方法，进行船载光学测量设备跟踪性能的检测与鉴定试验。试验结果表明：在方位与俯仰轴角速度不同的情况下，船载动平台光学测量设备跟踪随机误差与理论分析基本保持一致，验证了该检测系统及检测方法的有效性与优越性，实现了在地基条件下对动平台光学测量设备跟踪性能的检测。

为了简化六自由度并联机构的参数标定过程，提高标定效率，降低标定成本，提出了基于正交位移测量系统的位姿测量装置及方法。首先，研究了该装置的位姿解算方法，利用空间解析几何的方法，求解其运动学正解与逆解。其次，利用微小位移合成法，建立了并联机构及正交位移测量系统组合体的误差模型。然后，基于误差模型，构建了组合体参数误差辨识的最优化问题数学模型，其中，传感器示值的平方和最小为目标函数，组合体的结构参数误差为设计变量。最后，利用正交位移测量系统对六自由度并联机构位姿进行测量，利用OASIS奥希思软件直接搜索出参数误差最优解，将其补偿到并联机构控制系统中，完成并联机构的参数标定。标定前后位姿误差对比表明：最大位置误差降低了58%～96%，最大姿态误差降低了92%～97%。利用正交位移测量系统进行并联机构参数标定，不仅可有效提升并联机构的定位精度，还可有效简化标定工作，提升标定效率，降低标定成本。

基于PANDA自主并行计算平台，采用模态叠加法开展了多点基础激励作用下的随机振动响应分析算法设计和并行实现研究，构建了相应的并行求解模块。针对光机装置打靶样机中的六自由度平台结构，基于自主研发的软件模块，分析了该结构的模态特性及结构在地脉动载荷下的微振动响应，并与试验结果及商业软件分析结果进行了比对，在模态频率、振型和位移响应方面，都具有较好的一致性，验证了相关软件模块的正确性和PANDA平台在实际工程结构分析中的可用性。