运动相机相对位姿估计是基于机载光电平台进行视觉定位的关键技术。在大倾角、小交会角等典型受限观测条件下，相机位姿估计精度易受姿态角误差和像点提取误差的影响，使目标定位精度难以满足应用需求。针对惯性测量单元测量角度随时间发生漂移，且惯性测量单元与相机安装关系标定繁琐的问题，提出了一种惯性测量单元与相机固联安装下的对地定位方法，无需标定相机和惯性测量单元之间的安装关系。首先，利用固联安装的惯性测量单元为运动相机提供相对旋转角信息；然后，根据1个相对旋转角和4个同名点估计运动相机的相对位姿；最后，采用投影矩阵交会法线-线交会出目标的空间位置。仿真和飞行实验表明，在典型受限观测条件下，所提方法定位精度优于传统定位方法，具有高精度、高效率、强鲁棒性等优点。

高精度的目标实时定位对于无人机侦察和指引目标至关重要。但在大倾角、小交会角等受限观测条件下，机载光电平台对地定位精度难以满足任务需求。为提高受限观测条件下机载光电平台对地定位的精度，提出了一种基于观测平台位置和对目标激光测距的对地定位全局最优化方法。首先，根据地面固定目标的连续观测数据建立加权误差方程，再将非线性问题转换为特征向量求解问题，无需迭代优化即可求出全局最优解。然后，通过蒙特卡罗仿真分析定位方法受误差源的影响，并通过多次飞行实验验证了该定位方法的有效性。实验结果表明，在受限观测条件下，所提方法对地定位误差低于30 m，运算耗时不超过10 ms。本文方法具有定位精度高、计算效率高等优点，以及较高的工程应用价值。

机载光电平台存在来自于摩擦、质量不平衡、运动耦合和机载环境等干扰, 传统的PID控制器控制性能差, 抗干扰能力弱。针对这一问题, 设计了一种动态性能好、鲁棒性强的分数阶控制器; 同时提出一种基于改进速度和惯性权重的粒子群算法整定分数阶控制器的5个参数。仿真实验表明: 改进后的粒子群算法拥有更快的收敛速度, 求解更加精确; 光电平台速度环控制系统超调量降低至0.13%, 正弦扰动隔离度较标准算法提高64.06%, 响应速度和鲁棒性大大提高。

为实现无人机机载光电设备对多个目标的准确定位, 提出了基于数字高程模型的多目标定位系统, 建立了一种基于目标矢量的多目标定位模型。通过目标检测得到视场中各目标的像素坐标, 解算出各目标的视轴矢量, 融合无人机和光电侦察平台中各传感器的测量数据, 计算出各目标的地理位置信息。实验结果表明, 在3 000 m飞行高度下, 对主目标的定位误差约为16 m, 对次目标的定位误差约为26 m。分析了改进的滤波模型的效果, 滤波后主目标定位误差减小到7 m, 次目标定位误差减小到约11 m。通过飞行实验验证, 证明工程效果与仿真实验结果基本一致。该方法具有定位实时性好, 误差小, 便于工程应用的优势。

为提高小型机载光电平台的目标定位精度,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的目标定位算法。根据机载光电平台锁定跟踪目标的特性,对同一目标进行多次测量。依据组合导航系统测量的载机位置、姿态信息及位置编码器测量的框架角位置信息,结合地球椭球模型确定目标的视轴指向。建立状态方程和测量方程,利用扩展卡尔曼滤波对目标的地理位置进行估计。采用蒙特卡罗法分析了测量误差对目标定位精度的影响,仿真结果显示:所提算法的精度较高,稳健性较高。采用飞行试验验证了该算法的有效性,当飞行高度为4300 m时,目标定位精度优于15 m。与基于地球椭球模型的算法相比,所提算法的目标定位精度明显提高。

针对利用机载光电平台进行“空对空”目标跟踪时, 跟踪效果受环境影响较大且全遮挡情况下目标容易跟丢的问题, 在传统CamShift算法的基础上, 提出了一种动态的基于多特征融合与相对Kalman模型的目标跟踪与轨迹预测算法。采用融合颜色、纹理、梯度特征的方式构建目标模板, 提高了模型的描述能力; 跟踪过程中引入特征模板动态更新环节, 保证了算法的长期稳定性; 在全遮挡的情况下, 利用背景中心点以及飞行目标与该中心点的差值分别构建Kalman模型, 并采用二次遮挡判断方法, 大大降低了误判和丢帧概率。实验结果表明, 所提算法具有较高的准确性、实时性与稳定性。

为了提高无人飞行器机载光电平台的稳定控制精度, 针对单速率环控制的抗扰动性能不足, 设计一种基于双速率环的串级控制方法。提出采用以陀螺仪构成内环、以光电编码器微分构成外环的双速率环控制结构, 从其抑制扰动性能、鲁棒性能以及动态响应性能上与单速率环结构进行了理论对比分析, 最后进行了实验验证。结果表明, 该方法具有更好的抗扰动性、鲁棒性以及动态响应性能, 能有效地提高无人飞行器机载光电平台的稳定控制精度。

为了提高多旋翼无人飞行器机载光电平台的扰动补偿能力，实现机载光电平台的稳定跟踪控制，提出一种基于改进扰动观测器和径向基函数(RBF)神经网络逼近的复合补偿控制方法。首先，对现有扰动观测器结构进行改进，构建基于速度信号的改进型扰动观测器，并分析了干扰补偿能力和稳健性；然后，利用RBF神经网络的函数逼近性质解决非线性未知扰动的补偿问题；最后，基于Lyapunov稳定性原理设计出复合补偿控制结构。实验结果表明，机载光电平台的扰动得到有效补偿。该补偿控制方法具有较高的稳定精度和跟踪控制性能，满足多旋翼无人飞行器机载光电平台的稳定控制要求。

根据现有无人机光电定位方法对动态目标定位的局限性，借鉴光电经纬仪角度交会定位方法，提出改进的基于机载光电平台的双机交会定位系统.介绍了交会定位系统的构成及其工作原理，构建辅助坐标系，对视轴向量进行齐次坐标转换，建立双机交会定位模型.研究了交会定位中载机相对目标位置对定位精度的影响，给出了理想的测量位置，得到最优定位位置，最优交会角为69.984°.最优位置下，当目标距离双机基线20 km时，定位均方根误差为38.043 4 m.分析了卡尔曼滤波对定位结果的影响，建立合适的滤波模型，滤波后的定位均方根误差减小到13.584 2 m.

复杂的战场电磁环境严重影响了机载光电平台的安全性、可靠性和技术指标。为了提高小型机载光电平台的战场工作效能, 从屏蔽的角度出发, 对其进行了电磁兼容性设计。首先阐述了电磁屏蔽的屏蔽效能, 并分别从屏蔽材料的选择、ABS外壳屏蔽、缝隙处屏蔽及敏感单元双层屏蔽等方面对小型机载光电平台进行了电磁屏蔽设计。通过电磁兼容性试验对屏蔽效果进行了验证。试验结果表明, 采取合理的屏蔽措施后, 小型机载光电平台的视频图像显示正常; 传导发射值降低了约20 dBμV; 电场辐射发射值降低了约10 dBμV/m; 并且其余各项试验均得到了不同程度的改善。为机载光电平台电磁兼容性设计提供了参考。