鉴于目前普遍选用的水下弱湍流模型无法准确拟合实测数据的缺陷，选取经实验测试验证的广义Gamma分布来表征海洋弱湍流，以期合理评估受湍流等因素影响的水下无线光通信系统的误码性能。提出一种包含广义Gamma分布弱湍流、零/非零视轴指向误差以及无衰落信道冲激响应隐路径损耗和多径效应的混合衰落信道模型，据此推导混合衰落串行中继无线光通信系统平均误码率的数学闭型表达；通过数值仿真验证所推导的误码率理论表达式的准确性，并考察不同系统核心参数对误码率的影响。研究结果表明：串行中继节点的引入可有效提高系统的误码性能，以零视轴指向误差、最终传输距离达45 m、误码率需求10^-3为例，引入1至3个串行中继节点后，系统从一开始的无法工作，变为所需的发射功率分别降低至24 dBm、12 dBm和6 dBm；而光源初始发散角增大导致的无衰落信道冲激响应时延扩展，即符号间干扰，则会严重降低此性能改善。

为解决激光应用中的光束指向抖动问题，提出一种基于高斯过程回归（Gaussian process regression）的激光光束指向稳定性优化方案。介绍了激光光束指向稳定系统装置构成及原理，论述了高斯过程回归方法的原理及其作为激光光束快速稳定控制算法的优势。经过该方法优化后，指向抖动达到水平方向2.3 μrad, 竖直方向3.3 μrad，将激光系统指向稳定性提高了1个数量级以上。指向性抖动为已有线性反馈系统的20 %，尤其对于高频噪声优化有显著效果。该研究对于激光光束指向性敏感的精密实验和精密加工具有重要意义。

为实现物体表面轮廓高精度三维测量，提出一种视场、物距、测量范围均较大的远心光路测量系统。介绍了系统组成及光三角测量原理，论述了投影与成像双光路均与被测表面法线呈45 °夹角的光路搭建方式可降低较大深度测量范围对成像物镜景深的要求；建立系统深度标定理论模型，获得CCD单位像素深度理论值为0.554 4 μm；计算出放大倍率、数值孔径等光路参数并完成光路搭建；通过实验对所搭建测量系统的分辨力、测量范围、光条最小宽度及其边缘质量进行分析。实验结果表明，投影条纹最长2 mm，最小线宽可达8.96 μm，条纹边缘清晰平滑。系统成像畸变小，可实现1.62 μm的光学分辨率及0.54 μm的深度像素分辨率，工作距离65 mm，深度测量范围不低于140 μm，具有良好的测量性能。

无人驾驶汽车线控底盘的设计方法与性能分析是车辆工程专业新工科教学的重要内容。本文为清晰展示线控制动系统的结构设计和性能分析过程，融合多款软件开发了用户界面友好的虚拟仿真教学平台。基于MATLAB GUI完成了平台人机界面设计，编写了回调函数，进行了线控制动系统的详细设计；基于AutoCAD设计了关键零部件的二维图纸；基于SOLIDWORKS搭建了三维模型；基于ANSYS进行了制动盘等关键零部件模态分析和瞬态力学性能分析。平台实现了设计过程与性能分析有效联接、可视化、直观显示，提升了学生面向新工科的线控底盘创新设计能力和性能分析方面的工程应用能力。

水下连接器是水下观测网的关键零部件，采用油液密封方式实现低损耗连接，但该方式会导致光连接结构复杂、工程研制难度大。为解决此问题，对比陆基光纤网络的连接方式，提出接触式光纤连接器水下原位湿插拔的方案。基于水体吸收特性、朗伯-比尔定律以及液体的表面张力等理论进行原理分析，在光纤端面形成厚度在5 μm以内的水膜且该厚度水膜对1 310，1 550 nm波段的吸收损耗可忽略不计；然后，以1 550 nm波段为例，对光纤在空气、水、硅油的耦合损耗情况进行实验分析，并利用设计的光插针结构进行性能验证。实验数据显示，光纤水下原位湿插拔的平均损耗为0.17 dB，光插针的原位湿插拔平均损耗为0.23 dB。由此表明，接触式光纤耦合设计能够满足水下湿插拔的低损耗连接要求。本文为水下光纤湿插拔连接器领域提供了新思路，提出在确保水体清洁的情况下可直接进行水下原位湿插拔的设计方案，有望打破国外以油液密封方式建立的技术垄断。