无线光通信(FSO)因其高速便捷、抗电磁干扰能力强的优势得到了越来越多的关注，成为军民领域的研究热点。提出了一种舰船三维变形测量方法，利用FSO技术设计了时统单元，使系统的光学结构可以同时实现舰船三维变形角的测量、接收单元的光学成像激励和测量结果的授时。对系统的结构和关键电路的设计进行阐述，并结合数据仿真对系统误差进行分析。结果表明，该测量方法在理论上具有可行性，不仅满足测量精度要求，并且具有更低的硬件复杂度和更高的可用性，有望应用于实践中。

提出了一种时间延迟的估计方法来解决用姿态匹配法测量船体变形角时惯性测量单元(IMU)数据之间存在的时间延迟对测量精度的影响。首先, 对光学测量得到的船体变形数据进行处理, 确定船体变形过程的数学模型。 然后, 通过高精度的主惯导和子惯导输出的局部姿态信息进行惯性量匹配, 并构建卡尔曼滤波器估计船体变形角。 最后, 在卡尔曼滤波器中加入时间延迟估计参数, 对时间延迟进行估计和补偿。设计了一套惯导数据同步录取装置, 验证了算法的有效性。实验结果表明: 同步录取装置与时间延迟算法补偿所测得的船体变形角与光学测量得到的数据相近, 均能达到纵挠角误差13″,横扭角误差12″, 艏挠角误差5″的精度水平。得到的结果显示卡尔曼滤波能有效估计出时间延迟, 从而有效补偿时间延迟的影响, 提高变形角测量精度。

在舰船上,不少设备需要导航仪器提供姿态信息,船体变形会引起设备之间的姿态传递误差,导致设备效用降低。为了修正误差,获得精确的设备姿态测量结果,需要一套测量装置对船体变形进行测量。基于CCD的船体变形测量具有非接触性、精度高的优点。但当测量的两设备安装基座之间光路不能通视时,需要采用接力测量方法。阐述了CCD接力测量船体变形方法的原理和模型,并进行了模拟试验。试验结果表明,CCD接力测量船体变形方法可以高精度测量设备之间的相对姿态变化量。

为了克服船体变形对航天测量船船载设备外测数据的影响,需对船载设备外测数据进行船体变形修正,为此建立了船体变形修正数学模型。从航天测量船船体变形测量系统的基本构成、测量原理和测量元素入手,建立变形测量坐标系,讨论变形测量角与欧拉角的关系,详细推导了船体变形数据处理计算公式,给出了变形数据处理的数学模型。工程应用结果表明:船体变形对飞行器初轨半长轴a的影响比较大,对于近地近圆轨道,影响值是几百米的量级,最大达到800～900 m,而对于大椭圆轨道,影响值则达20 km,经船体变形修正后可以消除这项影响。建立的变形修正数学模型反映了船体变形的客观规律,能有效消除船体变形对船载设备外测数据的影响,提高测量船外测数据处理的精度。