针对现有点云配准算法在跨源点云上配准效果不佳的问题，提出一种基于角度约束的跨源点云配准算法。该算法重新定义快速点特征直方图（FPFH）算法的权重系数，以适应不同尺度的点云数据，提高匹配点对的内点率；同时使用角度约束对匹配点对进行筛选，保留兼容性良好的匹配点对用于尺度估计，对两个点云的尺度进行统一。在粗配准阶段，筛选出满足距离约束的兼容三角形，计算粗配准矩阵，完成初步变换。最后利用迭代最近点（ICP）算法进行细配准，提高整体的配准精度。实验结果表明，所提算法对相同尺度和不同尺度的点云数据均具有较好的配准效果，且具备快速配准点云的能力。

在激光雷达检测障碍物过程中,由于点云近密远疏的特性,车辆的变速移动使得对物体进行分割时出现点云漂移和距离较近的物体难以被分割等现象,容易产生漏检或误检。为了解决此问题,提出一种基于点云射线角度约束的改进欧氏聚类算法,使障碍物检测更加快速准确,所提算法有效解决了点云密度不均匀导致的检测障碍物成功率较低的问题,同时对所提算法进行实车实验。实验结果表明,与传统欧氏聚类算法相比,所提算法能快速准确地对一定范围内的障碍物进行分割和聚类。

为了有效解决单圆特征目标位姿解存在二义性的问题，提出了基于角度约束的目标位姿虚假解的消除方法。在相机标定好的前提下，在水平面上平移相机系统获得两幅或两幅以上具有圆特征的目标物图像，以圆形特征目标物的真实姿态角在相机坐标系下保持不变作为约束，可以有效剔除虚假解。可将该方法应用于末端安装摄像机的工业机器人，操控机器人做已知的平移运动从而有效剔除圆特征目标位姿的虚假解。通过实验验证，圆特征目标姿态角的绝对误差小于0.5°，然后可通过真实姿态选出对应目标的真实位置。该方法简单易行，不需要额外的高昂设备就能精确地定位出物体的真实位姿，成功率可达100％。

针对像素级偏振相机中偏振片单元由于刻划精度和透过率的差异导致偏振片阵列的非均匀性，提出了一种带有角度约束的最小二乘超像素校正方法。建立了带有角度约束的校正优化算法的数学模型，加入了超像素的标量增益和暗补偿参数。最后，搭建了以微偏振片为核心的积分球标定系统，进行了仿真实验和成像实验。结果表明：与最小二乘法相比，本文算法在有效地校正偏振度和非均匀性的同时也校正了超像素内振幅的非均匀性，重建角度的准确度提高了10%。经过插值处理后，边缘表现更为明显，有效减少了插值过程中所产生的噪声，提升了成像质量。

针对多导弹远距离高突防概率协同齐射攻击要求, 设计了基于虚拟目标的两阶段复合制导规律。在敌区防御系统杀伤拦截范围边界处设置多个虚拟目标点, 将导弹制导过程分为中、末制导段。中制导段采用具有终端角度和攻击时间约束的制导律, 实现多导弹以设定时间及角度到达虚拟目标点, 将导弹到达虚拟目标时的状态设定为末制导初始状态, 完成中、末制导交接。末制导段将时间可控制导律与一致性协调算法相结合, 实现导弹协同齐射攻击的分散化协调。仿真结果表明该复合制导律能够有效地多角度、高突防地协同齐射打击目标。

基于圆特征的视觉测量方法简单且精度高，因此具有广泛的机器视觉应用，但单个圆特征的单目视觉位姿估计存在二义性问题。为了有效剔除虚假解，基于三线构型的姿态估计方法，提出了一类基于角度约束的圆位姿二义性消除方法。对具有先验信息的三线构型，利用三线构型与相机系的姿态关系可以得到圆平面法向量的一个角度约束。若三线构型不具有先验信息，利用二视图三线构型的相对姿态估计可以得到一个二视图间圆法向量的角度约束，这两类角度约束都可以排除圆的虚假法向量。实验结果表明，该方法可有效消除圆位姿二义性，第一种角度约束可以达到99.2%的成功率，第二种角度约束可以达到96.7%的成功率。

针对单个圆进行视觉测量存在的位姿二义性问题，提出了一种运动重建约束角的二义性消除方法。在相机已标定的前提下，利用圆的投影椭圆曲线确定圆的位姿参数，位姿存在二义性；利用多视图从运动恢复结构方法估计特征点的世界坐标，并利用特征点重建约束角；基于刚体运动不改变空间夹角的特性同时唯一确定多视图的圆位姿。仿真结果显示：在500 mm距离内，噪声强度为0.4 pixel时二义性消除成功率为100%，强度为1 pixel时成功率约为93%；噪声强度为0.1 pixel，距离在1000 mm 时具有99.6%的成功率。此外，在二视图的情形下算法的平均运行时间约为5ms，适合实时性的应用。该方法不需要目标的额外信息，能够实时有效地消除圆位姿的二义性。

在考虑末端角度和末端速度约束的前提下，研究滑模变结构导引律在再入飞行器上的应用。推导满足末端角度约束的滑模变结构导引律，给出俯冲平面和转弯平面的导引方程，依据导引方程生成需要攻角、侧滑角制导指令。设计考虑末端速度要求后制导环节产生的附加攻角和侧滑角指令。需要制导指令和附加指令相加得到同时考虑落速和落角情况下的合成攻角、侧滑角指令。仿真表明，滑模导引律能稳定姿态且引导飞行器准确到达目标点。针对不同的运动速度情况，进行了落点偏差、末端速度和末端角度随速度的变化趋势分析，在末端角度控制上两种导引律表现相近，在末端速度和落点偏差上滑模导引律表现明显优于最优导引律，表明滑模变结构导引律针对移动目标具有鲁棒性。

针对UCAV对地面目标实施精确打击的问题, 提出了制导**在多约束条件下的最优攻击弹道及跟踪控制方法。首先建立了弹体三自由度运动学模型, 对非线性运动学方程进行了变换, 无需线性化处理, 利用最优控制中的极小值原理设计了具有时间和终端角度约束的最优攻击末弹道, 可满足精确实时打击要求。随后结合某型空地制导**弹体数学模型, 利用滑模变结构控制原理设计了跟踪控制器, 实现了对最优攻击末弹道的跟踪。数字仿真结果表明, 所设计的最优攻击末弹道可实现, 并能够在给定约束条件下实施对目标的实时精确打击; 所设计的跟踪控制器鲁棒性好, 跟踪精度高, 并具有良好的动态特性和稳态品质。

针对带攻击角度约束的自杀式无人机(Suicide Unmanned Aerial Vehicle, SUAV)对地攻击机动目标问题设计了一种三维末制导律。首先, 考虑了SUAV的气动力、发动机推力及阵风的影响, 建立了SUAV的三自由度质点模型, 在此基础上建立了三维追逃数学模型；其次, 基于Lyapunov稳定性定理推导了带有攻击角度约束的三维滑模变结构末制导律；最后, 对所设计的导引律进行了仿真。仿真结果表明：带攻击角度约束的三维滑模变结构末制导律能满足攻击角度约束的要求, 具有精度高、脱靶量小和抗干扰性强的优点, 对自杀式无人机对地攻击末制导律问题的工程应用具有一定意义。