星敏感器是自主导航姿态控制系统中的重要组成部分之一。作为星敏感器的核心部件，信息处理系统对其整机性能有重要影响。基于飞腾多核DSP+复旦微FPGA架构设计了一种全国产化多视场星敏感器信息处理系统。在设计中采用EMIF接口和GPIO接口与复旦微FPGA进行数据交互及控制，将2片串行 Flash用于存储星库数据和启动程序，将2片DDR3芯片用于缓存数据。详细介绍了信息处理系统的整体软件流程设计、算法流程设计及实现。经试验验证，该系统可稳定运行并输出正确姿态。在星图分辨率为2048×2048的情况下，系统无初始指向时的数据更新频率为20Hz，有初始指向时的数据更新频率为625Hz。运算性能约为普通ARM架构的3倍，对于提升多视场星敏感器的实时性、丰富其工程化实现方法具有重要意义。

提出了一种基于三轴转台的多视场星敏感器标定方法。该方法利用转台的3个旋转自由度, 无需重新安装即可对任意轴向的视场进行标定数据采集。通过对于测量模型、结构参数模型及外参数模型的建模及优化整合得到实验室标定模型。使用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法求解各视场的测量模型参数和各视场间的结构模型参数。该方法无需通过外场观星数据确定结构模型参数, 大大节省了标定数据采集的工作量, 也避免了大气对恒星矢量的影响引入的参数估计误差。通过一台数字三视场星敏感器的仿真试验和一台双视场星敏感器样机的实际试验验证了该方法的有效性。与基于外场观测的传统方法相比, 视场内星间平均角距误差减小了20.32%, 视场间星间角距平均误差减小了59.34%。

针对含有遮挡区域、深孔及凹槽等特征的多面体或回转体物体, 设计了一套基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统。首先, 基于近景摄影测量技术建立立体定向靶标的6个单元模型, 计算靶标各侧面角点在各自单元模型内的坐标, 单元模型的链接和光束平差, 获取全部角点的精确全局坐标, 作为立体定向靶标的全局控制点。然后, 设计了利用共面角点辅助定位的探针, 仍基于近景摄影测量技术解算出角点和测头在探针坐标系中的精确坐标。最后, 利用共面的棋盘格角点与其像平面之间的单应性矩阵, 推导全局坐标系、探针坐标系各自与相机坐标系的位姿关系, 进而求得探针测头的全局坐标。以量块(量棒)的标准长度作为评价指标, 在2 m×1.5 m的视场范围内测量精度优于0.1 mm。测量实验表明, 多视场三维视觉测量系统用于测量具有回转体结构特征的水壶, 能够获取水壶表面全部区域的点云数据。

大口径分块式主镜空间对地遥感系统在轨工作时, 次镜相对于主镜的位置失调会对系统像质产生影响, 需对其进行在轨检测与校正。当分块式主镜无中心基准镜时, 无法用传统的灵敏度矩阵反演法计算出次镜失调量。为此, 提出了一种基于多视场波前传感信息计算次镜位置失调量的方法, 采用 ZEMAX软件建立了无中心基准的36分块式主镜空间对地遥感系统。针对该系统像差特点, 利用不同视场的场依赖波前像差, 建立了次镜失调量检测数学模型, 开展了仿真研究, 结果表明当波前传感误差为1/40λ(λ=632.8 nm)时, 次镜位置失调量的检测精度X、Y方向平移约为30 nm, 倾斜约为15″; 失调量检测动态范围X、Y方向平移为0~1.5 mm, 倾斜为0~0.03°。并通过多组实际仿真, 验证了所提方法的可行性。

多视场星敏感器与传统单视场星敏感器相比不仅具有更高的可靠性和自主性，也具有更高的精度和动态性能，是未来星敏感器发展的重要趋势之一。为获得最佳性能，需要对多视场星敏感器的视场大小和布局进行优化。为此，首先建立了多视场星敏感器的数学模型，重点介绍了星点成像和姿态计算。然后推导了多视场星敏感器测量精度的数学表示，分析了影响精度的因素。通过仿真分析了多视场星敏感器视场大小和布局对各因素和精度的影响。仿真结果表明，视场大小对星敏感器精度的影响取决于星敏感器的运动情况，当角速度较小时，视场越小，精度越高；当角速度较大时，视场越大，精度越高。而各视轴相互正交的视场布局下，多视场星敏感器的测量精度最高。

介绍了多视场热像仪变倍机构设计技术。从结构设计的角度出发, 对多视场热像仪常用的几种变倍机构的工作方式、光机结构特点及设计技术要点进行分析与研究, 指出不同机构型式的优缺点和适用性。总结了多视场热像仪变倍机构设计的主要原则。

白天恒星探测最大的困难在于过强的背景辐射, 全天时近红外多视场探测系统将三个参数相同的探测器刚性固连在探测平台上, 同时进行恒星探测。结合中国地理位置, 分析了白天近红外波段三个探测视场内的恒星——背景对比度随太阳天顶角、平台方位角、平台x方向俯仰角, 平台y方向俯仰角及平台高度的变化情况。结果表明, 随太阳天顶角的变化, 对比度近似指数增长; 随平台方位角的变化, 对比度呈正态分布变化; 当平台有一定的倾角时, 对比度变化都很低且变化范围不大, 但三个视场间相差较大(相差1.5~20倍不等); 随着平台高度的变化, 对比度呈指数变化明显增大; 为星等修正研究奠定较好的基础。

设计了一种基于中/长波双色焦平面阵列探测器的红外多视场变焦距光学系统，通过在窄视场光路中插入不同镜组的方式实现宽、中、窄视场的转换，并利用谐衍射原理和非球面设计进行像差平衡，其工作波长范围为中波3～5 μm、长波7.7～9.5 μm，F数为3，变倍比达到18∶1设计结果表明，在中长波双色工作模式下，中长波各个视场的MTF均接近衍射极限、中波红外70%的能量分布在一个探测器像元内、长波红外60%的能量分布在一个探测器像元内、温度适应性好该双色多视场光学系统在军民用光电探测领域有重要作用和广阔的市场前景

红外光学系统决定着红外系统的工作模式与工作精度，影响系统的作用距离，是红外系统的重要组成部分。多视场光学系统可以用不同的视场对同一目标进行搜索、识别、跟踪与瞄准，在**应用领域获得了广泛的应用。光学系统的结构形式影响红外系统的成像质量、性能指标、外形尺寸、价格成本、机电复杂程度等，因此研究和选取合适的多视场光学系统结构形式显得非常重要。对目前国内外应用于凝视焦平面探测器的多视场红外光学系统结构形式，如切换变焦、光学补偿变焦、机械补偿变焦、混合变焦、双光路变焦等进行了特点分析，比较了其优点与局限性，对光学设计人员合理选用多视场光学系统结构形式具有一定的理论指导作用和意义。

提出了机器视觉多视场协同测量方法以实现二维几何特征的现场高精度自动测量。介绍了该方法的基本原理, 研究了实现多视场协同测量的关键技术。首先, 建立测量空间, 在大视场图像上识别被测特征并规划测量路径, 建立大视场图像坐标与测量空间坐标之间的映射关系; 根据测量路径, 在测量空间中完成小视场序列图像的自动采集。然后, 建立大视场图像坐标与小视场图像坐标之间以及相邻小视场图像坐标之间的映射关系, 据此关系, 在小视场图像的相应位置搜索并构建精细的辅助测量特征。最后, 根据小视场序列图像在测量空间中的方位, 求解各局部被测特征参数并进一步求和得到整体被测特征参数。应用该方法对φ150 mm圆盘上分布的100 mm孔距进行测量实验, 结果表明, 相对误差的绝对值不超过0.03%。该方法测量精度不受机械坐标精度的影响, 适用于在工业现场组建高精度自动测量系统。