为了改善光电精跟踪系统的动态响应特性，采用预先修正方法对快速执行器件音圈电机快反镜进行优化控制。在快反镜的闭环控制回路中增设前馈环节，根据目标探测与识别环节给出的脱靶量实施预测式调节控制，以加快执行速度;介绍了基于快反镜的光电精跟踪系统的一般构成与工作原理，给出了音圈电机快反镜的闭环控制模型，并执行了前馈-反馈控制方法; 搭建了包括目标模拟、目标成像探测与识别、目标快速跟踪等功能部件的实验系统，对上述方法进行了实验测试。结果表明，系统延迟由2.9 ms缩短至0.8 ms，系统带宽由20 Hz提高至45 Hz。该方法可以大幅压缩光电精跟踪系统的时间延迟，提高系统带宽。

为了实现深空探测系统对成像光束的高速和高精度控制, 以50 mm×4 mm的单晶硅反射镜作为负载, 采用理论和仿真分析相结合的方法, 对音圈电机驱动的快速反射镜进行了理论分析和实验验证。给出了该快速反射镜的一般构成、工作原理及数学模型, 采用有限元法分析计算了音圈电机线圈、永磁体和气隙尺寸对驱动力矩的影响, 最后设计、制作了快速反射镜样机, 并进行了测试。结果表明, 快速反射镜的转角范围大于±1°, 带宽（3 dB）大于500 Hz。该研究结果有助于推广光学快速反射镜在深空探测、激光通信、光电对抗等领域的应用。

为实现星载三线阵CCD相机的相机参数在轨测量, 提出了一种六自由度微位移测量方法。高亮度LED输出光被准直并耦合到输入光纤。输出光纤末端固定在可移动的被测物体上。光纤输出由多个光纤准直器(≥4)准直, 并由系统固定部分中的多个区域阵列的CCD相机(≥4)捕获。根据CCD图像中光点的位置变化来求解被测物体的六自由度位移。为了验证系统模型和六自由度位移计算程序, 对该方法进行了理论分析和仿真。结果表明: 当平移位移小于100 μm且旋转位移小于6′时, 典型的4准直测量系统求解误差小于10-5 μm和10-4′。并且, 当准直器的光斑位置的两个坐标方向上添加-0.5~0.5 μm的随机量时, 平移误差和旋转误差的3σ分别为0.9 μm和0.012′。

激光与物体相互作用产生的频率转换特性，对于目标探测具有重要的意义。频率上转换回波信号具有强度弱、脉冲展宽、有相移等特性。根据这种回波特性，论文以 PIN光电二极管为探测器件，采用锁定放大技术进行回波信号检测。通过前置放大电路、交流信号放大电路完成回波信号的转换放大，运用相敏检波器实现回波信号提取，并搭建了回波探测系统。实验测试表明，基于锁定放大器的探测系统能够抑制杂波信号，从强噪声背景中提取有效回波信号，针对探测系统前方 1.5 m处的探测靶标，系统的输出信噪比为 16.9 dB。

平行光束或者激光束在光轴方向上照射焦平面成像系统时会产生猫眼效应, 焦平面探测器安装的正交性与离焦量直接影响猫眼回波的光学特性, 进而影响基于猫眼效应的探测系统的性能。针对猫眼效应中离焦量与后向反射光束发散角之间关系, 利用物理光学进行分析, 建立理论模型, 对焦距为0.18 m的焦平面探测成像系统进行数值计算得到: 在离焦量为0.16 mm时, 发散角最小(0.019 mrad)。搭建实验系统, 测试离焦量与猫眼回波发散角, 测得离焦量在0.15 mm附近存在最小的发散角为0.025 mrad, 与计算结果0.019 mrad基本吻合。研究表明: 1) 负离焦对发散角的影响大于正离焦; 2) 猫眼回波发散角基本上随着离焦量绝对值的增加而变大, 但是变化曲线并不关于零离焦量点对称, 而是在某个正离焦处存在一个最小发散角。

设计了一套基于激光准直技术的顶管机自动导向水平角测量系统。系统具有两套光靶激光测量装置。利用具有漫反射特性的标靶接收准直激光, 标靶图像经CCD相机采集后处理得到标靶上的光点位置, 根据光点位置的变化可计算得出顶管机机头偏转的角度信息。研究了图像处理算法和角度计算算法, 并搭建了实验测试系统。实验结果表明, 在100m的测量距离内, 系统水平角测量范围可达到±1°, 测量精度为0.01°,可以满足顶管机地下施工水平方位角的测量要求。

为了对光纤阵列测量的高精度显微模板进行精密检测,采用双频激光干涉仪结合显微视觉系统,通过骨架化、腐蚀法、质心法等算法对显微图像进行计算处理,实现模板特征刻线的提取与精确定位.对模板上8条刻度线之间的间距分别进行重复测量和组合测量,实验结果表明重复测量的标准偏差不大于0.07 μm,组合测量的标准偏差不大于0.04 μm.介绍了测量系统构成与工作原理,并对测量过程进行了精度分析,分析结果表明测量过程的极限误差不大于0.10 μm.