目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求，从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元（Inertial Reference Unit，IRU）的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动，实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求，分析和对比了IRU的各种技术方案，特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动，并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。从此类IRU系统的工作原理出发，阐述了系统的两种工作模式及功能特点，建立了系统数学模型。然后，介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向，指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素，梳理了三项关键技术的研究动态。最后，总结了IRU的空间应用情况，并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。

随着用户对定位精度的要求越来越高，遥感器对视轴稳定性的要求指标也越来越高。随着相机系统复杂性的提高，部组件设计完毕后复算视轴稳定性的迭代设计方法越来越不可取。为将视轴稳定性指标分解到部组件，利用线性光学理论，以某相机为例，使用CODEV得到光学系统的视轴灵敏度矩阵。在此基础上，使用蒙特卡洛法将相机总体视轴稳定性指标分解到了各部组件。结果表明，若要视轴保持0.45″（CE90）的稳定性指标，主镜、次镜、三镜应分别保证最大平移不超过0.76、1.5、2.5 μm，最大角位移不超过0.1″、0.4″、0.8″。最后，根据设计后的相机模型复算了相机视轴稳定性，结果表明满足总体指标。该方法可为复杂遥感器设计之初的视轴稳定性指标分解提供参考。

外视场拼接是实现机载高光谱成像系统同时具有大视场与宽光谱采样范围的有效方式。由于各个成像单机独立安装，对应的可见近红外模块单机与短波红外模块单机之间的视轴角会在设备长时间运行后产生变化，视轴角的变化会对可见/短波红外的数据融合效果产生负面影响。而视场重叠使基于对极几何和平面单应性的校正方法不能有效地解算出对应可见/短波红外单机之间的视轴角，因此无法对视轴角偏差导致的图像失配进行修正。针对使用外视场拼接来扩大总视场和总响应带宽特点的机载高光谱成像系统，本文提出了一种视轴角和焦距校正算法。通过使用多级特征筛选方法，结合最小化重投影误差，实现了可见近红外/短波红外对应单机之间视轴角与相对焦距的自校正，提高了图像配准精度。该算法已经应用于AMMIS机载大视场高光谱成像仪。实验结果表明，该方法最大平均误差小于0.2像素，且对倾斜放置的相机也具有很好的适应性。

本文设计了一种可以使光电伺服平台对目标对象进行高精度、稳定追踪的基于双速度环的扰动观测器，可以消除光电平台内部摩擦力矩、外部载体扰动以及传感器噪声的影响，提升系统的动态响应性能。首先，根据直流电机工作原理与负载模型，建立双速度环的数学控制模型。接着，通过分析多类型传感器的速度信号频谱和响应性能，选择噪声和延时较小的圆光栅代替传统测速设备，作为速度控制内环；同时选择光纤陀螺作为速度外环的反馈设备。然后，基于陀螺速度信号设计扰动观测器，对内速度环中的扰动补偿残差和外部载体扰动信号进行观测，并进行前馈信号补偿。实验结果表明，双速度环观测器的控制方法可以将系统调节时间降至原来的45%，在不同幅值（0.25°~2°）和频率（0.25 Hz~2 Hz）的正弦扰动信号下，该方法均能显著提高系统的扰动抑制能力，并将系统隔离度由原来的20.9 dB提升至30 dB。本文所提出的基于双速度环扰动观测器的控制方法满足光电跟踪平台快速响应、跟踪稳定、抗干扰能力强等要求。

本文建立了一个航天线阵测绘相机视轴测量模型，以实现对双线阵测绘相机视轴抖动的实时测量。首先，通过在相机焦平面两端设置激光收发装置，经由中央棱镜关联，构建了两台相机之间的夹角参数变化测量模型。接着，基于双矢量定姿原理推导了计算表达式，可以实现相机焦距及绕XYZ三轴变化量的高精度测量。对计算方法的误差进行了分析，并通过仿真进行了验证。此外，还对本文提出方法与工程上常用的简化方法之间的残差进行了仿真，结果表明,简化方法仅在很小的测量范围内与本文提出方法一致性良好，当测量角度范围扩大到2′时，采用本文提出的计算方法才能得到精度为0.1″的测量结果。最后，在热真空环境下进行了试验验证，结果显示采用该计算方法得到的相机内外参标定精度达0.1″，结果表明两台相机夹角参数表现出轨道周期性规律，为后续开展立体测绘任务提供了良好的参考。

机载面阵摆扫式成像系统需要足够高的帧间重叠率来避免因扫描过程中视轴的控制误差而导致的漏扫，这制约了成像系统在大速高比条件下的适应能力，限制了系统的成像幅宽。论文提出了一种视轴路径规划模型与重叠率计算的新方法，通过像球面投影的几何分析方法优化设计了成像系统视轴的扫描路径，并依据像球面中像面投影的方位旋转角度，建立了一种重叠率计算的新模型。经理论分析与仿真实验验证，在40°侧向凝视成像时，视轴稳定精度由2.93°提高到0.15°，相同速高比、单行5帧摆扫成像时，作业效率提高约32 %。论文研究工作对推动机载摆扫成像技术向着宽视场、大速高比、高分辨率方向的进一步发展具有重要意义。

Overview: The fast steering mirror is an important component of a high-precision photoelectric tracking system. Fast steering mirrors are generally driven by voice coil motors with high linearity, high sensitivity, and high bandwidth to ensure adequate tracking and anti-interference accuracy of the whole system. In recent years, with the expansion of applications, the photoelectric tracking system has expanded from a fixed platform mounted on a foundation to a moving platform. However, the environment in which the motion platform is located is more severe and the internal and external interference caused by the carrier attitude change will be more complex and intense, leading to a serious decrease in the accuracy of the visual axis stabilization, and even make the tracking target out of the field of view and lose the target. In general, for the photoelectric tracking system in a moving platform, the traditional passive interference suppression methods and the active interference suppression methods that treat the interference as lumped interference will not be enough to ensure the high-precision stability of boresight. Therefore, this paper proposes a sliding mode composite layered interference observation and compensation control strategy which combines harmonic interference observation and extended state observation. Firstly, the harmonic disturbance observer is used to observe the harmonic disturbance with a priori frequency information. Then, the extended state observer is used to observe other unknown disturbances. Finally, based on the observed multi-source interference, the sliding mode nonlinear method with anti-interference ability is used to design a composite controller to maximize the suppression of multi-source disturbances suffered by the system. The experiment shows that the sliding mode composite layered interference observation compensation method proposed in this paper can estimate multi-source interference more accurately, has stronger interference suppression ability, and obtains higher boresight stabilization accuracy for the fast steering mirror compared with the traditional single interference observation compensation method.

从分辨率和辐亮度两个角度出发，对TDI推扫相机机动成像模式下的成像质量进行了分析。首先，提出了视轴追迹法分析计算TDI和线阵两个方向的分辨率，通过构建侧摆和星下点之间的坐标转换矩阵，得到不同机动角度下TDI和线阵方向的单位矢量，随后计算出这两个方向的单位矢量沿着视轴方向在地面的投影矢量，结合相机的参数和轨道高度、地球半径等计算出地面像元分辨率。同时根据卫星在地面的投影速率得到不同视场的积分时间，并分析以中心视场为积分时间基准下，边缘视场在不同TDI级数下的MTF退化情况。以某遥感型号为例进行了具体的分析计算，并根据MTF的退化情况对侧摆角度提出了要求，计算结果表明，边缘谱段在大侧摆下TDI级数为60时，MTF已下降为0，在轨使用时要慎重选用级数。然后，结合理论计算和在轨图像分析了了不同侧摆角度下大气对图像对比度的影响，通过分析表明侧摆会改变大气传输路径，从而影响目标的对比度，分析结果可以为后期的图像校正提供参考。

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。