图像法是光电吊舱视轴稳定精度检测的常用方法之一, 具有原理简单、成本低、通用性强等优点。通过载体模拟设备对光电吊舱施加外界扰动, 检测载荷相机所捕获固定目标的图像偏移量, 从而得到光电吊舱的稳定精度, 其中目标图像偏移量检测是整个流程的关键。提出一种基于图像灰度的目标图像偏移量检测方法, 可有效提升光电吊舱视轴稳定性的检测精度, 通过理论推导和实验证明, 目标图像偏移量检测精度可达到1/100像素以上, 具有重要的工程应用价值。

为提升移动激光通信设备“动中通”环境下二维伺服稳定系统的稳定性, 采用陀螺仪安装校正优化方法、电荷耦合器件(CCD)质心优化算法和陀螺仪与CCD同向小值快速收敛方法对二维伺服稳定系统的动态性能进行了优化。将优化后的系统通过搭载在六轴摇摆台上在模拟动态环境下使用, 验证伺服稳定系统在不同幅值、不同频率的激励条件下稳定性的好坏。试验结果证明: 经过优化设计后的系统接收功率波动范围明显变小, 同等激励条件下伺服系统的稳定精度得到了明显改善, 至少提高27%以上。

针对某高光谱相机选择系留气球作为飞行平台的使用要求，设计了一台钢丝绳传动两轴稳定平台，对系留气球在方位和俯仰方向的姿态变化进行角度补偿。稳定平台的方位和俯仰传动机构均 采用钢丝绳传动，方位轴和俯仰轴的连续驱动力矩分别为93.6 N?m和117 N?m，两轴的最高转速分别为25 (°)/s和20 (°)/s。对稳定平台进行了实验室测试，测试结果表明：稳定平台的传动精 度为5 μrad，传动误差不大于0.7%，方位轴和俯仰轴的开环控制伺服带宽分别为15 Hz和35 Hz，正弦跟踪精度均方根误差值分别为0.004 5和0.004 3。然后进行了外场飞行试验，稳定平台安装在 系留气球底部，俯仰框架上安装35 kg的高光谱相机进行空中对地观测，飞行试验中获取稳定平台陀螺稳定数据，得到方位轴和俯仰轴的稳定精度分别为38.83 μrad(RMS)和37.26 μrad，满足高光 谱相机稳定成像的指标要求。

针对机载光电跟瞄稳定问题，分析比对整体陀螺稳定和半捷联稳定的技术特点，揭示半捷联稳定原理；根据半捷联稳定下跟瞄框架的惯性空间角速度表达式，分析影响半捷联稳定的主要因素；通过设计巴特沃斯二阶低通滤波器，降低陀螺噪声；采用频率特性分析和预测误差法进行精确建模，设计超前控制环节，校正光栅量化误差和陀螺信号延迟，并进行仿真分析；利用原型样机进行试验研究，达到整体式陀螺稳定平台的稳定精度，具有较强的工程实用性。

跟瞄精度是空间激光通信系统捕获、跟踪和瞄准(acquisition, tracking and pointing, ATP)分系统的重要指标参数之一, 其准确测量是评估空间激光通信系统远距离通信性能的关键。介绍了空间激光通信系统ATP分系统跟瞄精度的测试方法, 设计了一种基于平行光管法的空间激光通信系统动态瞄参数测量装置, 分析和讨论了影响动态跟瞄精度测量不确定度的因素。试验表明, 该测量装置在100 Hz振动频率条件下, ATP分系统稳定精度测量不确定度达到1.9 μrad(k=2), 可用于空间激光通信系统ATP分系统跟瞄参数检测以及远距离激光通信性能评估。

以光电设备减振系统为研究对象，从光电设备轻型化、小型化设计角度出发，针对现有内置橡胶减振系统的诸多不足，采用金属减振器，设计出一款适用于机载光电设备的外置型金属减振系统。通过对该减振系统的振动和冲击试验，测得固有频率、最大传递率及冲击最大位移值。通过对比光电设备在两种减振系统下的稳定精度,得出以下结论：外置金属减振系统和内置橡胶减振系统均能使光电设备的稳定精度满足不大于25 μrad的使用要求，但外置金属减振系统能提高光电设备内部有效空间，同时，外置金属减振系统作为整体可更换单元，降低了减振系统的维修难度，提高了光电设备整体维修性，为其他光电传感器的集成和实现机载光电设备轻型化、小型化提供了可能。

为了进一步提高复合轴航空光电稳定平台的性能, 文中首先在硬件电路中采用电流环将复杂的电机模型简化为一阶模型, 同时保证电机的输出力矩稳定; 然后在PD控制器的基础上, 引入了自适应鲁棒控制器, 对快速反射镜进行位置控制和扰动抑制; 最后分别通过带宽测试实验、扰动抑制实验、视轴稳定实验和鲁棒性实验对其性能进行测试, 并采用DOB型音圈式-快速反射镜和压电陶瓷式-快速反射镜做对比。实验结果表明: 相比于传统的DOB型音圈式-快速反射镜系统, 本文控制方法的参数鲁棒性更强; 相比于传统的压电式-快速反射镜, 本文控制方法不仅视轴稳定精度与其不相上下, 还具有更大的行程。除此之外, 在80 Hz以内任意频率扰动的影响下, 基于ARC型音圈式-快速反射镜的复合轴航空光电稳定平台的视轴稳定精度均可以控制在5 μrad(RMS)以内; 同时在-40 ℃~50 ℃的温度条件下依然可以保持该性能, 远远优于DOB型音圈式-快速反射镜的效果。本文控制方法完全满足高精度航空光电稳定平台的性能要求, 对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。

为了实现长线列红外探测器双模式成像装置的两种工作模式, 需要在成像装置中增加摆镜控制系统, 而高速扫描时的扫描线性度和静止时的位置稳定精度是本系统设计的关键因素。本文着重论述了摆镜控制系统的整体设计和指标要求, 基于这些指标, 提出了一种高线性和高稳定精度摆镜控制系统的实现方案。并利用 Simulink进行了仿真, 验证该方案切实可行。

为了研究多轴多框架光电稳瞄系统的稳定精度并且避免推导其复杂的动力学微分方程, 提出了利用Matlab和ADAMS进行光电稳瞄系统结构控制联合仿真的方法。研究了联合仿真模型的方位轴和俯仰轴单位阶跃响应, 和在不同方向的随机线振动下的瞄准线惯性角速率, 以及在2°、1Hz不同方向角扰动下瞄准线的稳定精度。仿真结果与理论定性分析吻合, 表明联合仿真方法可行,可用于后续产品的开发。