回顾了国外军队装备的四代光电瞄准吊舱的技术特点和发展历程，定义了光学口径和吊舱舱径之比（光舱比）作为衡量集成度的标准，重点针对第三代的Sniper XR ATP和ATFLIR两型采用共光路串联布局吊舱的探测系统进行了分析和正向设计：二者均拥有Φ150 mm口径，约1.5°×1.5°视场，在0.7~0.9 μm和3.7~4.8 μm波段的传递函数接近衍射限，前者为透射式前置望远系统，后者为离轴三反式前置望远系统，二者的结构布局为：前置望远系统置于吊舱前部压缩光束，通过光学铰链和快反镜将光束导入吊舱中，部分光进入各自的探测通道或激光发射通道。其中，类ATP的透射式前置望远系统可在汇聚光路中折叠形成俯仰/方位正交轴系并置于305 mm舱径内，光舱比约0.492；类ATFLIR的离轴三反式前置望远系统可在压缩后的平行光路中折叠形成方位/俯仰两个正交轴系并置于Φ330 mm的球体内，光舱比约0.455。作为对比，采用共光舱并联布局的第四代Litening 5和Talios吊舱探测系统将所有光学载荷和伺服框架平台置于吊舱前部的Φ406 mm球体内，光舱比约0.37，其并联共光舱设计架构的集成度较低。针对未来可能的升级要求，类ATFLIR吊舱比ATP吊舱具有更强的生命力，其采用纯反射式的前置望远系统可以更方便地增加波段和拓展功能。

激光惯性约束聚变实验需要使用数十台套诊断设备从不同方位对瞬态微尺度物理过程进行诊断表征。大部分诊断设备通常需要进入巨型靶室真空环境内，在厘米到米级的不同工作距离上，对聚变靶上面毫米到数十微米的靶标进行瞄准，大部分诊断设备的瞄准精度需要达到50 μm水平。双目瞄准方法是在真空环境下实现远距离高精度瞄准的一种重要方法，但目前主要依赖人工判读图像识别靶标和手动操作诊断搭载平台运动实现对靶瞄准，特别是靶室内照明条件或诊断设备瞄准视线存在夹角等条件会严重影响靶标识别效果，对诊断设备瞄准精度造成较大影响。发展了一种基于机器视觉的诊断自动瞄准方法，采用Mask R-CNN算法并以大量模拟瞄准图进行靶标识别训练，有效解决了靶标自动判读问题，对靶标识别误差控制在8个像素点以内；同时基于实验室瞄准测试平台开展了靶标像素偏差与瞄准坐标偏离关系的离线标定，开展了算法引导下的瞄准精度测试，根据测试结果预估指向瞄准精度优于30 μm、径向瞄准精度优于50 μm，对实现诊断设备的高精度自动瞄准有一定的基础参考价值。

吸热管表面能流密度分布的均匀性对线性菲涅耳式聚光器的光热性能及安全运行有着重要影响。基于Tonatiuh光学仿真软件构建了线性菲涅耳式聚光器模型，研究了圆柱面形反射镜焦距及瞄准点位置与光斑宽度之间的关系，在此基础上探讨了不同瞄准策略下线性菲涅耳式聚光器的光学效率及能流分布的均匀性。结果表明：采用瞄准点均匀分布的瞄准策略，聚光器在保持较高光学效率的同时能够提升集热管表面能流分布的均匀性。采用优化后的瞄准策略，线性菲涅耳式聚光器光学效率可达到87.4%，集热管表面能流密度标准差由45.3%降低到30.7%，集热管顶部能流密度提升了10.2%。集热管空管预热采用该优化瞄准策略，在变占空比跟踪模式下，集热管弯曲变形程度远小于现有瞄准策略。该结果可为线性菲涅耳式聚光集热系统的优化设计提供理论支撑。

探测低频引力波需要脱离地缘噪声干扰，在空间搭建激光干涉引力波探测装置。太极、LISA、天琴等空间引力波探测任务，计划在几十万到几百万公里量级的臂长上实现皮米级的位移测量精度，以满足引力波探测的要求。在探测任务中，考虑轨道季节性变化和星间激光传输时间等因素，发射光束需要一个超前角度，确保远端望远镜能够接收到光束，从而完成星间激光干涉。针对发射光束需要超前角度的需求，设计并研制了一款用于激光干涉链路中提供超前角度的光束指向机构，即超前瞄准机构。该机构基于将偏转轴配置在反射镜面上的设计理念，采用柔性铰链和杠杆配合的结构形式，利用压电陶瓷自闭环进行驱动控制，实现光束一维高精度偏转。对该机构进行仿真分析，验证其力学特性以及偏转范围。对所研制的机构进行了一系列实验测试，结果表明，该机构偏转范围可达到 $ 709.4 $ μrad，偏转精度可达到 $ {\text{0}}{\text{.44 }} $ μrad，机构偏转引起的光程差优于 ${\text{10}}\;{{{\text{pm}}}/{\sqrt {{\text{Hz}}} }}\;$ (1~10 Hz)。从而验证了该机构设计的可行性，为实现光束超稳高精度偏转提供一定的参考。

研制了一款适用于隐身机载平台的内埋式光电搜索瞄准指示系统，该系统具备广域侦察、凝视监视、激光测距、激光照射等功能。推导并验证了地理稳定结合快调反射镜光学像移补偿的广域扫描控制技术，基于样机在实验室和外场开展算法验证。试验结果表明，该系统在成像清晰前提下实现了二维无缝广域扫描搜索功能，能够对扫描视频图像进行实时拼接和显示，满足信息化战争对目标侦察、监视和指示的功能要求。

无线光通信是指以光波作为载体在自由空间中传递信息的技术，具有带宽高、成本低和安全性高等优点。捕获、瞄准和跟踪(acquisition, pointing and tracking, APT)系统是建立无线光通信系统的前提，简单、可靠、动态性能好的APT系统可以克服由机械平台震动及外界环境变化对无线光通信系统的影响。因此，需要对APT系统进行较为深入的理论和实验研究，从而设计出一种适合无线光通信的捕获、瞄准和跟踪方法。本文分析了国内外在捕获、瞄准、跟踪方面的研究成果，同时介绍了西安理工大学在自动瞄准方面所做的工作，主要包括初始捕获系统、非共视轴控制系统、光束检测系统等方面的进展，以及1.3 km、5.2 km、10.2 km、100 km距离链路的外场实验，验证了APT系统的有效性。最后展望了无线光通信中APT的发展。