基于加速度计或陀螺仪的测姿方法均存在大角度条件下姿态角误差放大、突变问题。对大俯仰角测量, 通过预置欧拉旋转法可确定冗余加速度计的布置方式, 降低了俯仰角测量误差。对大俯仰角条件下的滚转角测量, 提出基于角速率阈值判定的陀螺解耦测姿算法。当俯仰角速率大于设定阈值时, 采用角速度投影可钳制滚转角误差的漂移; 当俯仰角速率小于设定阈值时, 采用角速度积分可避免角速度投影造成的姿态误差放大。通过理论推导、分析和仿真, 预置欧拉旋转法能有效避免大俯仰角条件下俯仰角姿态误差放大, 陀螺解耦测姿算法能在振荡环境下长时间保持滚转角精确度。

先进第三代中锰汽车钢具有强塑积高、成本低廉等优点，应用前景广阔，但其焊缝区的淬硬性大，影响后续加工和使用。采用光纤激光器对6 mm厚中锰汽车钢进行焊接，研究了焊接热输入对焊缝成形、组织、冲击韧性和断裂行为的影响。结果表明，当热输入为150～500 J/mm时，激光焊接属于深熔焊，焊缝成形较好；焊缝区的硬度随着热输入的增大呈减小趋势。当热输入较小时，焊缝组织为马氏体，随着热输入的增加，焊缝中有少量的贝氏体组织生成；焊缝在－40 ℃温度下的冲击韧性随着热输入的增加先增加后降低，当热输入为300 J/mm时，冲击韧性最高，断口呈韧性断裂；中锰钢焊缝组织中原奥氏体晶界、马氏体板条束界和板条块界均对裂纹的扩展起阻碍作用，裂纹扩展功与平均有效晶粒尺寸呈反比关系，与大角度晶界密度呈正比关系。

光学扩散片是液晶显示器中的关键元件,兼具广角、高透过率、高均匀性的扩散片一直是液晶显示领域的重要研究目标。基于Helmholtz-Kirchhoff 理论,推导了激光透过粗糙表面的散斑强度频谱分布,提出通过特定入射角度的多个光束依次照射粗糙表面形成散射场叠加曝光的全息扩散片设计方法。该方法拓宽了全息扩散片的散射角度,提升了散射强度的均匀性。搭建了全息扩散片的制作光路,采用上述方法制作了全息扩散片,测量获得的远场强度分布与仿真结果能很好地吻合,散射角的半峰全宽达到130°,透过率达到90%以上,扩散系数达到92%,同时实现了广角、高透过率和高亮度均匀性,在液晶显示中具有潜在的应用前景。

根据薄膜窄带滤光片在倾斜入射时的特性, 通过改进间隔层膜系结构来调整其等效折射率, 可以设计出具有稳定透射峰值和带宽的角度调谐窄带滤光片。根据与密集波分复用(DWDM)系统相关的通道频率、插损、带宽、隔离度、偏振相关损耗(PDL)等八个标准,结合薄膜矩阵理论与新构造的评价函数,构建了一个可调谐滤光片膜系,通过改变各参数的权重因子,得到满足不同要求的最优膜系。利用构建的系统,优化设计了分别用于O波段和C波段100 GHz密集波分复用系统的具有高隔离度、低偏振相关损耗的角度调谐窄带滤光片。C波段膜系的最大调谐角度达11°,相邻通道隔离度可达-30.3 dB,最后对其透射特性以及影响调谐角度极限的因素进行了分析。

针对现有体散射测量系统中激光器与探测器相互遮挡导致探测角度减小的问题, 设计了一款新型的水中颗粒物的体散射函数测量系统。首先, 通过双潜望式光路结构, 将激光发生平面与散射探测平面分离, 减小了激光器对探测角度的遮挡; 同时, 通过潜望式出射棱镜将透射光导出水体, 避免了容器的杯壁散射, 提高背散射测量的准确性。根据实际工艺, 改进出射棱镜, 设计系统样机, 实现了3°~178°大角度范围体散射函数的测量。结合系统结构与水下光传输原理, 根据数据矫正算法, 矫正由于测量光程及水体衰减造成的偏差。对比矫正后结果与米散射仿真结果, 证明方法的可靠性。

针对不可交换性误差一般采用多子样旋转矢量法对其进行补偿，但传统多子样旋转矢量法在大半锥角或者其他更为复杂的角运动条件下,性能会有所退化，新出现的多子样四元数算法和方向余弦算法没有显式地考虑不可交换性误差，直接求解姿态微分方程。为了综合比较这些算法的性能，在圆锥运动和大角度机动条件下对其进行仿真分析，采用理想和非理想采样两种数据条件，同时变换不同的采样频率，并比较了算法的计算负担。结果表明，在理想条件下，新算法的周期性误差小于旋转矢量法,且子样数的增加使新算法精度明显提高；对比理想与非理想采样两种情况，算法精度相差4~5个数量级。3种算法各有优缺点，需要对惯性器件数据进行充分补偿才能完全发挥算法的精度潜力。

针对动态角度测量的成本高及精度低的问题，提出一种基于非合作目标视觉跟踪的光电测量方法。利用安装在被测对象上的光电伺服平台搭载相机和激光测距仪对非合作目标进行实时跟踪和距离测量，根据伺服平台输出的精密角度、非合作目标距离和被测角度之间的转化关系计算出被测动态角度值。研制了基于光电伺服平台的动态角度测量装置，并对其进行了精度标定和误差分析。利用高精度旋转台模拟被测动态角度进行实验，验证了测量方法的可行性。实验结果表明在测量空间11.082 m 范围内，测角误差在±0.09°以内。

针对目前激光分束器只能产生小发散角的问题, 基于严格的非傍轴近似的衍射积分公式, 提出了一种大发散角分束器的设计方法.先对目标光场分布进行坐标和光强修整, 再利用改进的Gerchberg-Saxton迭代算法得到所需分束器的相位分布.分别采用本文设计方法和原有方法设计了发散全角为40°×40°的5×5分束器, 仿真和实验结果表明: 原有方法设计得到的5×5子光束存在着显著的枕形畸变, 并且光强分布不均匀.而本文方法设计得到的子光束呈均匀等间隔排列, 并且强度分布更为均匀.

基于能量守恒定律和网格划分法，设计了一款用于超薄直下式发光二极管（LED）平板灯的大角度透镜。以朗伯型发光LED在高度为96 mm下的目标面照度分布作为期望照度分布，对大角度LED透镜进行反馈优化，使其在高度为25 mm的目标面上就形成具有期望照度分布的光场。为探究优化后的大角度LED透镜对直下式LED平板灯的厚度减薄程度，将目标面高度分别设为20，25，30 mm，方形LED阵列的间距分别设为96，82，75 mm，利用LightTools软件模拟分析了直下式LED平板灯的目标面照度均匀度。研究结果表明，当目标面高度为25 mm、方形LED阵列的间距为82 mm时，目标面上的照度均匀度最好，其值(照度最小值除以照度最大值)达至0.8756，符合国家LED室内照明应用技术要求。

液晶显示领域不断提出缩减成本方案，对于液晶电视LED背光系统，提出了一种大角度背光透镜设计方案，即在目标接收屏面具有较大照度辐射角度的背光透镜设计。采用特定的双自由曲面设计，入光孔设置为类椭圆型结构面将光源出射的光通量进行等角度划分，根据接收屏面的理想照度分布与入光孔每一角度出射光通量对应关系计算出出光面自由曲线。借助底部微结构处理，再根据模具及产品成型要求补全外观结构，得到符合设计指标的方案，有效地解决了因增大角度引起的黄斑问题，并达到目标接受面均匀度的要求。针对32英寸(81 cm)的液晶电视背光模组，采用12颗最大正向电流为350 mA的LED灯珠，在模组高度为30 mm的系统中，设计的背光透镜模组达到了要求的亮度及均匀度。