形状传感技术是近年来传感领域备受关注的新研究方向，具有广阔的应用前景。文章提出了一种基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法，通过测量物体部分位置点的应变数据，采用模态理论实现应变-位移转换，进而重构物体形状。以长宽高分别为1 000，1 000和0.5 mm的钛合金板作为研究对象，通过ANSYS workbench18有限元仿真软件获取位移模态振型及应变模态振型，依据有限元仿真中位置点模态的相似性，采用K-means++聚类算法对应变测量点位置进行优化，在合金板上表面施加400 N的力使其产生形变。该算法的形状重构误差小于常规的均匀分布算法。采用径向基函数神经网络对误差和重构位移数据集进行了训练，依据拟合重构误差和重构位移的关系，补偿误差后重构误差不大于3.5%。

为了获得更优的发射器布局，使系统达到更高的定位精度，提出一种基于免疫优化算法的iGPS发射器布局优化方法，根据系统的测量原理得到该系统的测量不确定度模型，由此建立亲和度函数，使用免疫优化算法对发射器布局进行优化，并通过仿真进行验证。结果表明：所提方法可以显著优化发射器布局，提高系统的测量精度；与遗传算法相比，免疫优化算法具有更好的全局寻优效果，可以得到更优的iGPS发射器布设站位。

在超大口径原位加工与检测中, 目前多采用被动式 Whiffletree液压支撑系统(原位支撑), 而该类支撑单元的轴向刚度存在较大差异性, 会显著影响轻薄型反射镜的面形精度。为解决这一问题, 研究了主动型原位支撑的支点布局、单元刚度和主动校正力的联合优化方法。首先, 针对支撑单元刚度差异, 提出了支撑刚度、支点位置的分级布局优化方法, 获得了支撑系统的初始优化解; 其次, 结合模式定标法和最小二乘法, 进行了支撑点主动力校正, 以获得支撑面形的最终优化解; 最后, 结合具体案例的数字仿真试验, 验证了方法的有效性。结果表明: 对于 4 m弯月型轻薄反射镜, 仅被动支撑下, 分级布局优化后, 60点方案面形精度 RMS值由 150.6 nm减少到 32.9 nm, 78点方案面形精度 RMS值由 45.2 nm减少到 22.6 nm, 优化效果显著; 进一步经主动校正后, 60点方案和 78点方案面形精度 RMS值分别为 14.6 nm和 6.9 nm, 均满足面形精度 RMS值小于 λ/40(λ=632.8 nm)的指标要求; 最终选取 60点轴向支撑方案。通过对支点布局、支撑刚度和校正力进行联合优化, 可以大幅增加原位支撑系统的适用性、灵活性, 降低实施难度。

光电二极管是一种体积小、成本低的感光传感器, 由至少三个配合可实现太阳矢量的测量, 从而可以作为低精度的太阳敏感器。为了尽可能实现在360°视场空间任意方位求解太阳矢量, 如何选择光电二极管数量并确定其布局方式是一个难点。文中首先将360°视场空间等表面积离散化, 将无限的传感器的布局优化问题转换为有限的组合优化(NP问题难)。然后, 通过建立覆盖度和均匀度的多目标优化函数, 并结合量子遗传算法求解最优方案。实验分析了不同光电二极管数量和视场范围的布局效果, 对多光电二极管的布局优化提供了理论性依据。实验结果显示, 选择12~14个光电二极管可以基本实现无覆盖风险和均匀风险的布局。

激光多边测量网是基于激光跟踪仪多站测量的大尺寸坐标测量网络。跟踪仪的位置、数目,即网络布局,是影响测量网性能的关键因素。为此,在遗传算法基础上,提出基于网格的布局优化方法。以覆盖能力、测量精度及总体成本作为多目标评价函数,利用全局网格和局部网格对布局区域进行划分,将全局搜索和局部搜索相配合,无需初始布局即可全局寻优。实验表明,相较于经验布局,该方法更易获得符合测量要求的网络布局,大大降低了对操作人员测量经验的要求,具有良好的实用性。

为保证光电平台视轴稳定精度, 在装配阶段需要通过配平来最小化其静不平衡力矩。为降低某两轴四框架形式机载光电平台的静不平衡力矩, 建立了一种多传感器布局优化设计方法。以各传感器的布局位置为变量, 基于有限包络圆方法实现各传感器间的不干涉约束, 快速得到具有较小静不平衡力矩的传感器布局方案。该方法成功将某光电平台关于内方位、内俯仰运动轴系的静不平衡力矩分别降低了45%和68%, 有效降低了配平质量, 提高了光电平台性能。

为克服无人机天线之间的相互干扰，采用遗传算法对天线进行优化布局，以减少天线间的耦合。通过采用一种新的目标函数，结合一致性几何绕射理论对圆柱体上的单极子天线和无人机表面上单极子天线的布局进行优化，得到了最佳的优化位置。通过Feko仿真对优化位置结果进行验证，得到了最佳位置处S 参数值，可知天线优化位置后相互之间的耦合度变小，这也间接证明了该方法计算的正确性。该方法能够及时准确地对机载天线间的耦合度进行预测和评估，具有实际应用价值。

室内空间测量定位系统 (wMPS)是一种采用光平面交会的分布式大尺寸室内空间坐标测量系统, 在众多影响其测量定位精度的因素中, 发射站的网络布局直接影响着系统测量精度和使用效能。为优化系统的网络布局, 本文从该系统的测量方程入手, 提出了测量矩阵的条件数是衡量多平面交会优劣的量化指标, 并建立数学模型, 以此为优化目标, 采用遗传算法作为优化工具, 实现了指定测量空间下最优网络布局。最后设计了实验进行验证, 实验结果表明该方法能有效提高测量精度。

为降低支撑控制难度和节约制造成本，同时又保证在线光学加工检测所需的支撑精度，提出超大口径反射镜的支撑布局优化方法。研究支撑状态下的反射镜面形精度，解决面形拟合和优化目标提取的问题；以斜率均方根(SlopeRMS)为目标建立非圆形口径的超薄反射镜加工支点布局优化模型，使其具备自适应有限元分析的功能；针对工程中大量使用的轻量化反射镜，设计出适应其几何变化的支撑转换结构，并展开以面形均方根(RMS)误差为目标的支点位置的优化设计；通过30 m口径望远镜(TMT)第三镜和某2 m口径反射镜的支撑布局优化，验证了所采用方法的效果。算例结果表明，所提方法具有较好的几何适应性，布局优化后支撑系统的精度满足超大口径反射镜的光学制造要求。