当 ISAR目标作复杂的三维转动时，目标上各散射点的相位误差将与它们在目标上所处的位置有关，传统的相位聚焦方法难以采用统一的相位校正函数来进行补偿。为解决此问题，论文提出了一种基于自适应 Chirplet信号分解的 ISAR目标三维转动检测方法，该方法使用自适应 Chirplet信号分解的快速算法来估计散射点子回波的相位信息，并根据两个散射点相位之间的非线性度来判断目标是否存在三维转动，从而只选择那些仅具有二维转动的数据段进行成像。仿真实验结果表明了它的有效性。

针对传统合成孔径雷达 (SAR)在进行机动目标成像时，极易造成 SAR图像中出现散焦与模糊现象，本文通过融合 MIMO雷达单次快拍与 SAR合成孔径技术，提出了一种混合采样高分辨率机载 MIMO雷达机动目标成像方法。该方法利用目标与载机的空间位置信息进行运动补偿，而无需估计目标多普勒信息，因此，能够有效避免传统 SAR存在的机动目标多普勒参数估计难题。仿真实验证实了新方法实现机动目标聚焦成像的有效性。

在三维弹痕测量系统中，为了获取较高的测量精度，为此本文提出一种采用十六步相移技术的条纹图处理算法。首先分析了物体三维形貌相位分布获取原理，然后对采集到的弹痕图像进行自适应维纳滤波，去除一部分系统噪声，再利用小波变换对原始图像进行 3层 sym4小波分解去噪，本系统在小波软阈值分析法的基础上，加入了 3层的小波系数分解，同时结合十六步相移法进行相位主值的计算。实验结果表明，弹痕条纹图的位相值曲线更加平滑，原始图像条纹图位相高度偏差的最大值为 1.631 μm，在经过十六步相移技术处理后，位相主值最大偏差值仅为 0.867 4 μm，对本系统的精度提高奠定了基础。

针对大视场线结构光视觉传感器的现场标定，提出了一种基于自由组合一维靶标的标定方法。自由组合多个一维靶标并固定，其中每个一维靶标至少包含 3个共线特征点。靶标在传感器测量空间内自由摆放至少两次。以一维靶标两两之间夹角恒定为约束求解摄像机内部参数；由一维靶标消影点性质和特征点之间距离约束，求解各特征点在摄像机坐标系下的空间坐标；根据交比不变计算光平面与各一维靶标交点的摄像机坐标，拟合出光平面方程。实验表明，该方法可获得与平面靶标相当的标定精度，具有靶标加工容易、精度高、摆放次数少的特点，适合大视场线结构光视觉传感器的现场标定。

提出一种改进的基于激光投射成像法的管道内壁障碍物检测算法。通过激光特征分析与比较法结合提取激光圆环轨迹，利用 Otsu算法滤波，最小二乘法确定圆环参数，最后通过离线计算，在线查表方式获得障碍物高度。算法对管道图像亮度无特殊要求，克服了原系统观察与检测不能实时同步的问题。 MATLAB运算结果表明：算法的准确性，实时性和鲁棒性相对原设计有了很大的提升。每帧平均运算时间小于 0.5 s；计算的障碍物高度误差范围± 2 mm；算法适用于绝大部分场景的管道图片。

归一化积相关算法是一种经典的图像匹配算法，具有操作简单、匹配概率高等优点，其不足之处主要在于计算量大，难以满足实时性要求。为此，本文首先提出了一种减少归一化积相关算法计算量的方法，通过从基准图像中构造出两个搜索矩阵，来简化实时图像的搜索路径，使其只需沿一个方向平移就可以完成匹配，并且可以很容易地通过相邻两个基准子图之间的迭代来避免图像能量的重复计算；接着将该方法与 BPC算法的思想相结合提出本文的快速匹配算法，从两个方面来减少传统算法的计算量，进一步提高了算法的运算速度；最后通过实验仿真验证了本文算法的优越性。

针对模糊 C-均值算法对初始值的依赖，容易陷入局部最优值的缺点，本文提出将量子蚁群算法与 FCM聚类算法结合，首先利用量子蚁群算法的全局性和鲁棒性以及快速收敛的优点确定图像的初始聚类中心和聚类个数 , 再将所得结果作为 FCM聚类算法的初始参数 , 然后用 FCM聚类算法对医学图像进行分割。实验结果表明，该方法有效解决了 FCM算法对初始参数的依赖，克服了 FCM算法及蚁群算法容易陷入局部极值的的缺点，而且在分割速度和精度上得到了较大提高。

为了提高概率图模型点模式匹配的精度，本文提出了改进的动态图模型点模式匹配算法。首先，在动态图模型点模式匹配的相似性度量中应用混合高斯分布，以提高模型利用多特征的能力，使匹配方法对噪声更加稳健。其次，在目标点集中引入了虚拟的哑点并给出了包含哑点的相似性度量。当模板中的点和哑点相匹配的相似性度量更大时模板点将和哑点匹配，以减少由异常点所导致的误配。实验结果表明所提出的匹配方法对噪声和异常点更加稳健，匹配的精度也优于传统方法。

随着无人机光电吊舱向小型化发展，对其变焦系统提出小型化、快速化的要求。本文设计了一种小型分段变焦系统。利用步进电机和透过型光遮断传感器构成调焦组件，设计了系统硬件电路和调焦算法，实现了光学镜头的快速分段变焦和焦距值的实时输出。系统采用离线方式标定聚焦点位置和焦距值，标定过程中使用 Tenengrad函数、Brenner函数、平方梯度函数判断出聚焦点位置，同时利用自准直法测焦仪测量镜头的焦距值。最终实现变焦系统重量小于 100 g，焦距值误差小于 1%，短焦与长焦的切换时间小于 1.7 s。

提出了一种自动选择最优路径的高精度的机器人归零新方法，制作了高精度视觉光电多指节机器人系统。该归零方法的基本原理是根据机器人的停放点相对于零位接近开关的位置自动选择最近的归零路径，以零位接近开关和编码器 Z信号共同判断最终零点。现场应用实验结果表明：项目组的视觉光电多指节机器人 1轴臂长 350 mm，可操作范围 220°；2轴臂长 250 mm，可操作范围 300°；3轴臂长 150 mm；4轴 360°自由转动。该机器人系统目前已成功应用于工件上下料和码垛作业中，系统运行稳定，点重复精度达 0.02 mm，除归零外的水平联动速度达到 5.2 m/s。采用本文的归零新方法，各轴归零时间均在 10 s内，归零误差均在 2个脉冲数以内。据我们所知，该方法国内、外未见报道，也未见实际应用案例。

鉴于现有的运动目标检测方法对光照变化的敏感性，本文提出了一种在静态场景下对光照变化鲁棒的运动目标检测方法。该方法利用视频当前图像帧的边缘与背景图像的边缘做差分运算，得出运动目标的轮廓，进而对运动目标进行定位与检测。实验证明，本方法在一定程度上能够消除由于环境光照变化引起的“曝光”现象，实时准确地检测出运动目标及其位置，运算速度快，满足实时性的需求。

CamShift算法应用于复杂背景及遮挡条件下视频跟踪时，极易出现跟踪失效和目标丢失。本文提出基于颜色、纹理及目标运动信息的综合特征用于改进 CamShift算法，结合 Kalman滤波器对目标运动状态进行预测提高了复杂背景下运动目标的跟踪稳定性和跟踪精度。在目标发生遮挡时，通过目标遮挡前的先验信息进行最小二乘拟合及目标运动轨迹外推，预测目标运动位置信息，有利于遮挡结束时对运动目标的重新捕获。多组实验结果及性能分析表明，该算法在复杂背景及目标被短时遮挡情况下，可以实现目标的持续、稳定跟踪，并具有较好的实时性。

基于内嵌处理器软核 MicroBlaze的 FPGA，设计了一种太阳敏感器信息处理系统。采用 MicroBlaze软核实现光斑质心提取和姿态换算，并通过其它逻辑资源实现图像传感器驱动、图像存储和接口通信等模块的时序控制，同时根据 MicroBlaze软核的特点，提出了一种基于扫描方式的质心提取算法。结果表明，具有单精度浮点运算能力的 MicroBlaze软核能够保证太阳敏感器质心提取和姿态计算的精度；基于扫描方式的质心提取算法流程简单，占用资源少；采用 SOPC的太阳敏感器无需 DSP或 ARM等协处理器，减小了硬件设计复杂性，提高了系统的集成度和性能。

为了提高星敏感器的测角精度，提出了一种采用系统辨识法对星敏感器模型进行修正以及测角精度检测的方法。首先分析了星敏感器的理论测量模型以及像面坐标与星点目标的空间位置关系，然后给出了用模型修正来提高星敏感器测角精度的原理和数学模型。修正模型由系统辨识方法得到，同时为了提高辨识精度，文中采用将星敏感器像面划分为多个区域，每个区域单独建模辨识的方式。最后利用某星敏感器进行了实验，利用该方法进行模型修正后，星敏感器的测角精度为 σx=1.68″、σy=1.91″，而修正前的测角精度为 σx=17.43″、σy=23.46″。结果表明，采用该方法可以使星敏感器测角精度得到大幅提高，同时也完成了测角精度的检测。

针对 PCF熔接系统对显微物镜的长工作距离、高放大倍率和高分辨力的需要，本文设计了一组用于光子晶体光纤端面成像的特殊物镜，并通过 ZEMAX仿真优化。该物镜具有 40×高放大倍率、 5 mm长工作距离、1 μm的高分辨力、 500 μm×500 μm较大视场等特点。通过实验验证该物镜达到了设计要求。

为保证航空相机光学系统的有效性和较高的成像质量，根据相机的热环境和结构特点进行了热控设计。采用热隔离等被动热控措施延长系统的热时间常数，降低光学系统对外部热环境变化的灵敏度。建立了镜头和窗口组件的传热模型和热阻网络模型，并对其在极端工况下的最大漏热率进行了分析计算，得到保持光学系统恒温所需的加热功率，根据计算结果设计了加热回路和分配加热功率。针对热控设计和航空相机的工况进行了稳态和瞬态仿真分析，对加热功率进行了优化。镜头和窗口的稳态温度分布均在 (20±1)℃范围内，表明漏热补偿效果较好；瞬态分析结果表明，在飞行拍摄的过程中，温控系统将光学系统的温度控制在 17.5℃~20.5℃范围内，满足热控指标要求，为提高光学系统的可靠性和热控设计优化提供了理论依据。

调焦反射镜组件作为空间相机整体光机结构设计的组成单元，其结构设计的优劣直接关系到相机成像质量的好坏。该论文的研制背景基于某宽幅相机，调焦反射镜具有长宽 3：1的狭长形轮廓，使得支撑结构设计难度较大。为保证调焦反射镜光学表面始终保持良好的成像性能，调焦反射镜柔性支撑结构必须具有良好的动、静态特性，并且具有较轻的质量，较高的比刚度和良好的加工、装调性。经分析计算，本文设计的柔性支撑结构使调焦反射镜在使用工况下面形达到 1/50λ，一阶模态达到 275 Hz，满足性能指标要求。

为获得目标和场景的偏振信息，提高目标识别和地物探测的准确度，设计了基于液晶相位可变延迟器 (LCVR)和声光可调滤波器 (AOTF)的高光谱偏振成像探测系统。首先介绍了偏振成像探测的原理，然后给出了探测系统的结构，并对其光学系统的各元件进行了合理的参数分配，最后利用编制的信息处理软件对系统采集的高光谱偏振图像进行了处理，处理结果能够反映出目标的光谱特性和偏振特性，对于复杂背景下的目标探测与识别具有重要的应用价值。

本文提出了一种新型测量应变的空芯光子晶体光纤 (HCPCF)法布里-珀罗(F-P)干涉传感器，HCPCF的一端与单模光纤熔接形成反射面 1，另一端在熔接机内通过电极放电使端面完全塌陷形成反射面 2，构成以 HCPCF为腔体的新型 F-P干涉传感器。实验结果表明，腔长 2 mm的传感器在室温下的应变灵敏度为 3.1 nm/με，线性度为0.999 2，极限腔长改变量为 3 827.3 nm。温度在 0~150 ℃的温度变化范围内，腔长的改变量约为 0.17 μm。理论和实验结果表明该新型传感器具有制作工艺简单、应变灵敏度高、温度灵敏度低和没有迟滞现象等优点。

光纤光栅传感器相比与传统传感器，其特有的轴向敏感性决定了它的探测距离在传感器的不同方向上是有差异的，因此光纤光栅传感器的布置角度对于传感器网络的性能具有很大的影响。基于传统传感器的概率探测模型，本文提出了一种贴合光纤布拉格光栅传感器实际特点的探测模型，并通过实验验证了其正确性，继而利用这一模型，采用粒子群优化算法进行了光纤光栅传感网络的优化布置。最后，同不考虑布置角度的优化布置方法进行了比较，结果表明，在实际应用中考虑布置角度对于传感网络性能具有很大的提升。

马赫-泽德干涉仪结构的光纤传感器应用于周界报警器系统，能够对发生在传感器区域内的振动信号进行报警，并具有极高的灵敏度。为了减少周界报警系统的误报警率，针对周界报警系统输出信号的处理问题，采用小波变换的方法对周界报警系统输出的电压信号进行辨识，不但能滤除信号中的噪声，而且能很好的保留信号的突变部分，可以很好的区分蓄意入侵与风雨产生的振动，从而减少系统误报警率并能实现对蓄意入侵定位，这对于周界报警器系统真正实现工程应用具有突破性进展。大量实验结果表明，采用小波变换方法辨识周界报警系统输出信号，能很好的体现测量信号中的奇异值并显著减少周界报警系统的误报警率。

设计了一种基于道威棱镜的光传输特性的四通道单模光纤旋转连接器，采用锥齿轮行星轮结构实现光信号的旋转耦合，并设计了耦合调整方案；分析道威棱镜光轴与旋转轴不重合带来的耦合损耗，确定道威棱镜的装调精度。最终使四通道单模光纤旋转连接器的技术指标达到了国外同类产品水平，且道威棱镜的通光孔径大，可在结构尺寸不变的情况下直接扩展为八通道单模光纤旋转连接器。

回转体测量机以其效率高、精度高，在回转类零件测量中得到了广泛的应用。但是由于其自身的特点，测量精度受温度影响引起的漂移误差可达 120 μm。针对这一问题提出了一种在线温度误差补偿技术，通过双向法测量获得内外测量架的平移量和倾斜量，然后再对各高度的内外径值进行补偿。该方法计算简单，使用方便，并大幅度提高了测量精度。实验证明，这种补偿方法可以使尺寸测量结果的稳定性误差从 136 μm降低到 15 μm左右，大大提高了测量的稳定性。