在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中，对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台，需要考虑非接触三轴角度测量方法，目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂，占用空间大，无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此，文中提出了基于双位置敏感探测器（PSD）的非接触三轴角度测量方案，使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射，将光源在两片PSD上汇聚成像，利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成，分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差，提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理，分析了滤波器的相频响应特性，并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽，验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g，尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明，34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%，在±2°测量范围内单轴测量时，方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°，组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°，文中所提出的三维测角传感器精度较高，满足机载等场景的使用要求。

光栅干涉仪位移测量系统作为测量领域中最精密的测量仪器之一，由于在测量过程中光栅的姿态位置无法保证完美装配，使得光栅的光栅矢量方向与运动矢量方向之间出现偏差，导致位移测量结果出现周期性非线性误差。文中针对在光栅干涉仪位移测量过程中出现的光栅与位移台以及读数头之间的姿态位置误差进行分析，通过分别建立位移坐标系及光栅坐标系，参考惯性导航领域中飞行器姿态表示方法，利用一维光栅的横滚、俯仰和偏航角共同描述一维光栅相对于位移台的装配状态。通过基于矢量衍射理论分析光栅干涉仪位移测量时三个维度的角度偏差量，对可能产生的位移测量误差进行了分析说明。基于广义一维光栅方程，探究出了一个更为普遍的结论，为后续装置的改进提供理论依据，以提高系统的测量精度。

逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容，可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时，由于甚低增益（ULG）的动态范围过大而实验室积分球能量有限，只能通过与低增益（LG）的比例系数递推来间接对ULG后半量程的输出特性标定；星载太阳定标器反射能量过大会导致高增益（HG）和中增益（MG）输出饱和也无法直接测定辐射定标系数，只可通过比例系数推定。提出一种星上增益比例系数测定的方案，分别利用四档增益的输出作为特征对实验图像分类，将不同成像目标的输出码值作为多个定标能级，利用最小二乘法线性拟合相邻增益输出后得到相邻增益的比例系数。此方案验证了实验室增益比例系数测定结果，同时在外场成像实验中用该方法计算得到的比例系数用于相邻两档增益中较低增益图像反演较高增益图像，结果与实际较高增益图像对比归一化均方误差大部分小于0.01、两图像结构相关系数基本在90%左右、数据相关系数达到90%。证明该方法测定的相邻两增益比例相关系数有较高准确性，在星上辐射定标时用于高增益辐射定标系数的递推求取有极大的可行性，解决了星上不能直接对HG、MG辐射定标的问题。

提出了一种结合深度学习的空间相位解包裹方法，采用基于改进U-Net网络的编码器-解码器架构，同时加入包含双向长短期记忆网络（BILSTM）的CBiLSTM模块，并且结合注意力机制，避免了典型卷积神经网络学习全局空间依赖关系的固有缺陷的同时增强了深度学习模型对相位解包裹任务中的关键信息的关注能力。通过大量的模拟数据，验证了文中方法在严重噪声(SNR=0)、不连续条件和混叠条件下的鲁棒性，在以上三种情况下，同其他深度学习网络模型进行对比，文中所提出的网络模型的归一化均方根误差（NRMSE）分别为0.75%、1.81%和1.68%；结构相似性指数（SSIM）分别为0.98、0.92和0.94；峰值信噪比(PSNR)分别为40.87、32.56、37.38；同时计算时间显著减少，适合应用到需要快速准确的空间相位解包裹任务中去。通过实际测量数据，验证了文中提出网络模型的可行性。该研究将双向长短期记忆网络（BILSTM）和注意力机制同时引入光学相位解包裹问题中，为解决复杂相位场的解包裹提供了新的思路和方案。

为了扩展准直测量的应用领域，提高测量范围是最为有效的手段之一，因此用于准直测量的鱼眼相机应运而生。针对准直测量用鱼眼相机标定精度不高的问题，提出了一种基于插值形式的径向粗标定及基于栅格形式的补偿精标定的两步式准直测量用鱼眼相机标定方法。该方法使用插值而并非构建成像模型，能够有效避免模型不准确及参数设置不合理而引入的系统误差，并且可以在一定程度上抑制镜片加工的非对称性及光学系统装调所带来的偏差。区别于图像评价的峰值信噪比(PSNR)以及结构相似性(SSIM)等性能指标，该方法选择的平均重投影误差(MRE)这一指标能够更有效地衡量准直测量使用条件下相机标定结果的优劣。仿真对比实验结果表明该方法在4种虚拟鱼眼相机模型上的标定效果皆优于传统标定方法，与传统的方法相比，标定的不确定度最大能够改善82.63%。样机标定实验结果表明，该方法能够有效标定真实的准直测量用鱼眼相机，在搭建的真实样机上应用该标定方法后，样机的入射矢量解算的不确定度能够提升至角秒级。

回顾了国外军队装备的四代光电瞄准吊舱的技术特点和发展历程，定义了光学口径和吊舱舱径之比（光舱比）作为衡量集成度的标准，重点针对第三代的Sniper XR ATP和ATFLIR两型采用共光路串联布局吊舱的探测系统进行了分析和正向设计：二者均拥有Φ150 mm口径，约1.5°×1.5°视场，在0.7~0.9 μm和3.7~4.8 μm波段的传递函数接近衍射限，前者为透射式前置望远系统，后者为离轴三反式前置望远系统，二者的结构布局为：前置望远系统置于吊舱前部压缩光束，通过光学铰链和快反镜将光束导入吊舱中，部分光进入各自的探测通道或激光发射通道。其中，类ATP的透射式前置望远系统可在汇聚光路中折叠形成俯仰/方位正交轴系并置于305 mm舱径内，光舱比约0.492；类ATFLIR的离轴三反式前置望远系统可在压缩后的平行光路中折叠形成方位/俯仰两个正交轴系并置于Φ330 mm的球体内，光舱比约0.455。作为对比，采用共光舱并联布局的第四代Litening 5和Talios吊舱探测系统将所有光学载荷和伺服框架平台置于吊舱前部的Φ406 mm球体内，光舱比约0.37，其并联共光舱设计架构的集成度较低。针对未来可能的升级要求，类ATFLIR吊舱比ATP吊舱具有更强的生命力，其采用纯反射式的前置望远系统可以更方便地增加波段和拓展功能。

为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题，提出一种改进的多曝光融合方法，利用自适应曝光代替手动曝光，并对图像融合过程进行优化。首先，将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析，将被测物体表面反射率不同的区域分为若干组，分别计算出每个组别的最佳曝光时间；在此基础上，拍摄不同组别对应最佳曝光时间下投射白光和条纹的图像，并去除图像中超过设定阈值的高灰度值区域，再将投射白光处理后的图像制作成掩模图，与相同曝光时间下投射条纹处理后的图像相乘，进而对多组相乘后的图像进行亮度压缩与融合；最后，通过CLAHE算法提高融合后所生成条纹图的对比度与清晰度，并对条纹解相后进行点云重建和尺寸测量。实验结果表明：文中方法中自适应曝光相较于手动曝光具有高效性和准确性，U型卡、连接块、圆盘三个高动态范围表面物体的点云重建率分别高达99.98%、99.74%、99.76%，测量出的标准块阶梯高度差绝对误差为0.062 mm，相对误差仅为0.69%，该方法有效解决了高动态范围表面物体测量时点云缺失的问题，提高了三维轮廓的测量精度。

为获得样品多点数据，光谱共焦位移传感系统在移动测量时会产生抖动效应，引起测量数据发生漂移，文中基于已实现的光谱共焦厚度测量系统，研究抖动的影响并探究抖动补偿算法。首先，基于光谱共焦厚度测量模型及抖动存在时探头相对于光轴发生一定倾斜，推导了抖动对厚度测量影响的关系模型，并采用蒙特卡洛法分析了4种样品在不同程度随机抖动下的厚度概率密度函数，将解析结果与蒙特卡洛仿真结果进行比较，验证了厚度概率密度函数表达式的正确性。结果表明：抖动效应导致测量性能下降，尤其在样品厚度较大时；而抖动标准差较大时，较薄的样品具有更好的抗抖动性能；为补偿抖动的影响，提出采用Savitzky-Golay滤波及高斯拟合实现滤波和光谱信号峰值波长的提取，并建立了抖动误差补偿算法；最后，对厚度为(1.0±0.1) mm的样品进行实验测量，测得平均厚度为1.0640 mm，补偿后的相对标准偏差为0.29%，验证了抖动补偿算法的有效性。文中的研究内容对提高系统测量稳定性及测量精度有一定的指导意义。

线边缘粗糙度（LER）和线宽粗糙度（LWR）是衡量线宽标准样片质量的重要指标。文中基于自溯源光栅标准物质的自溯源、高精密尺寸结构特性，提出了一种直接溯源型精确校准SEM放大倍率的方法，以实现SEM对线宽标准样片关键参数的测量与表征。利用校准后的SEM，对利用Si/SiO₂多层膜沉积技术制备的线宽名义值为500、200、100 nm样片进行关键参数的测量，采用幅值量化参数的均方根粗糙度 RMS描述线边缘粗糙度与线宽粗糙度，并通过图像处理技术确定线边缘位置，对线宽边缘特性进行了精确表征。实验结果表明，名义值为500、200、100 nm对的线宽样片，其实测值分别为459.5、191.0、99.5 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LER}} $分别为2.70、2.35、2.30 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LWR}} $分别为3.90、3.30、2.80 nm，说明了多层膜线宽标准样片线边缘较为平整、线宽变化小、具有良好的均匀性与一致性。基于自溯源标准物质校准SEM的方法缩短了溯源链，提高了SEM的测量精度，实现了线宽及其边缘特性的精确表征，为高精度纳米尺度测量和微电子制造领域提供了计量支持。

针对无人机载光电平台的安装特点，文中对平台及阻尼减振器特性进行了分析、建模与测试。首先，对光电平台阻尼减振器特性进行了介绍；其次，分析了安装阻尼减振器后的光电平台特性，并对阻尼减振器的运动特性进行建模，分析阻尼减振器安装布局与平台性能之间的关系；最后，结合具体某型光电平台及其配套阻尼减振器，给出了仿真结果及相同外部扰动条件下减振器安装位置对平台性能的测试结果。结果表明：相关研究对优化无人机载光电平台阻尼减振器布局及提升载荷整体性能具有积极的意义。