激光三角法具有非接触测量、测量范围大、相对测量精度高、结构简单、环境适应性强等多种优点, 得到了广泛应用。但是三角测量的理论公式具有非线性特征, 而且光学结构参数(a、b、θ)等在现实工程中具有不可测性。研究了三角测量中数学模型的建立方法, 选用多项式展开方法建立数学模型。通过应用最小二乘法拟合多项式的方法求解模型系数, 提出了根据最大相对拟合残差要求、结合相关系数用于控制拟合多项式阶数的评价方法, 并通过实际光学系统验证了该方法的可行性, 达到了0.01%的相对误差。最小二乘法拟合多项式的方法对于激光三角位移传感器的标定和系统误差消除具有实际的指导意义。

针对特定工作条件下机器人位姿测量问题，研究和设计了一种简易的基于单目视觉的位姿测量系统，提出了一种精确的靶标检测算法与单目视觉测量方法相结合的方案，可实现机器人位姿的测量。首先，通过图像预处理和靶标检测算法提取靶标在图像中的坐标，其中图像预处理包括中值滤波、边缘检测和图像形态学膨胀等过程。然后进行测量模型的标定，用最小二乘法求解模型参数，利用建立的测量模型进行坐标系的转换，将所得靶标图像二维像素坐标转换成三维世界坐标，从而得到靶标在世界坐标系中的位姿。实验证明了该方法的准确性和有效性，满足测量要求。

激光跟踪仪多边测量是大型高端装备制造现场溯源的重要手段，正确评定其不确定度是确保制造过程量值统一、结果可靠的关键。本文提出了一种准确、快速的激光跟踪仪多边测量的不确定度评定方法。从仪器误差、环境干扰及靶球制造误差等方面分析激光跟踪仪多边测量的不确定度来源。针对多边测量的输出量为多维向量的特点，重点研究基于多维不确定度传播律（GUM法）的不确定度合成方法，同步评定目标点坐标和跟踪仪站位的不确定度。最后，介绍了点到点长度的不确定度计算方法。实验表明: GUM法评定的不确定度结果与蒙特卡洛法（MCM法）的结果相比，坐标不确定度偏差小于0.000 2 mm，相关系数偏差小于0.01，满足数值容差，且GUM法用时仅为MCM法的0.08%; 点到点长度测试的En值均小于1。因此，基于GUM法评定激光跟踪仪多边测量的不确定度具有可行性及高效性，且评定结果正确、可靠。

利用图像点扩散函数(PSF)近似计算法建立线阵探测器工业CT金属材料X射线衰减测量模型, 并利用该测量模型对垂直于X射线平面边界灰度幅值进行数值计算, 获得当前PSF曲线。在此基础上, 建立基于近似PSF曲线的缺陷检测理论模型, 并对缺陷进行定量检测分析。采用高能6 MeV工业CT线阵探测器系统, 对含有人工缺陷的不锈钢试块进行缺陷检测试验。结果表明: 相比于传统半高宽缺陷测量方法, 本实验方法在缺陷定量检测精度上有较大提高, 从而为提升金属材料内部缺陷的定量检测水平提供新的方法和技术途径。

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛.为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统.首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型.然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标.最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性.结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到±1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量.

卫星姿态变化时,静态红外地平仪的成像面与地平圆之间的夹角也会随着变化,因此会造成地平圆在地平仪成像面上成像的变化,进而导致地平仪大角度测量误差增大.为解决此问题,建立了随卫星姿态变化时地平圆在静态外红地平仪成像面上的成像模型,通过 STK仿真对该模型进行验证,并给出了一种基于该模型的地平仪测量误差校正的方法,为卫星姿态测量与控制提供补偿和精度保证.

依据Lambert-Beer定律, 推导出检测气体浓度的数学模型, 得出了测量和参考探测器输出电压与气体浓度的函数表达式, 表达式中的二个常数的数值取决于气室长度、气体吸收系数、探测器的电压探测率, 经零点和满量程标准气样的标定, 可确定这二个常数的数值, 实现对仪器的标定.根据仪器零点随温度变化的关系, 得到零点与温度函数表达式, 用于零点温度补偿以及对零点温度补偿系数的计算;量程温度补偿方法是通过引入量程温度补偿因子, 对测量和参考探测器输出电压与气体浓度的函数表达式进行修正, 修正后的函数表达式用于量程温度补偿, 也能对量程温度补偿因子中的补偿系数进行计算.矿用红外甲烷传感器采用本文的标定方法和温度补偿方法, 在不同的环境温度下, 对标准气样进行检测, 其检测结果符合红外甲烷传感器标准所规定的基本误差.

激光半主动制导系统通常是光电对抗的主要对抗对象, 因此, 其真实的作用距离就成为了光电对抗中最为关心的指标。定义了激光半主动制导系统的极限作用距离, 考虑大气湍流对激光传输的影响, 推导出了激光半主动制导系统照射方程的一般形式, 并参考激光测距系统测距性能的测试方法, 通过改进消光比法和最大测程法的转换, 得到了激光半主动制导系统的极限作用距离测量模型。最后, 分别进行了改进消光比试验和最大测程试验, 验证了极限作用距离测量模型。实验结果表明: 依据模型只需在一定天候条件下进行改进的消光比试验即可得到任意天候条件下激光半主动制导系统的极限作用距离, 且相对误差较小, 不超过1%。

为了提高星敏感器的测角精度，提出了一种采用系统辨识法对星敏感器模型进行修正以及测角精度检测的方法。首先分析了星敏感器的理论测量模型以及像面坐标与星点目标的空间位置关系，然后给出了用模型修正来提高星敏感器测角精度的原理和数学模型。修正模型由系统辨识方法得到，同时为了提高辨识精度，文中采用将星敏感器像面划分为多个区域，每个区域单独建模辨识的方式。最后利用某星敏感器进行了实验，利用该方法进行模型修正后，星敏感器的测角精度为 σx=1.68″、σy=1.91″，而修正前的测角精度为 σx=17.43″、σy=23.46″。结果表明，采用该方法可以使星敏感器测角精度得到大幅提高，同时也完成了测角精度的检测。

为解决西部测图中缺少控制点的问题，提出了一种新的干涉合成孔径雷达（InSAR）影像区域网平差方法.该方法将F.Leberl模型与干涉测量模型相结合，并采用交替趋近与LDL’稀疏矩阵分解技术求解大规模法方程.实验结果表明，与传统的基于F.Leberl模型的平差方法相比较，提出的方法精度更高.由于新模型中增加了三个定标参数，因此能够同时实现多航带幅度图像以及数字高程模型（DEM）的联合平差.最后结合实际机载InSAR系统参数对影响平差精度的因素进行了详细的分析.