R-C光学系统是现代光学工程中常用的光学系统，以某一R-C光学系统为例，对其计算机辅助装调技术进行了研究。分析了R-C系统装调理论，确定以主镜为装调基准，调整次镜五个自由度的装调方法，建立起次镜失调量与系统Zernike系数的关系，以此指导装调工作，达到明确装调方向、缩短装调周期的目的。整机光学系统的波像差RMS值优于1/10波长，达到了成像质量的要求。对相机进行实验室和地面外场成像，获得的图像图像清晰，层次丰富，验证了装调工作的正确性。

针对斜视航空相机成像时产生的离焦，设计了相应的调焦机构以补偿斜距离焦量。分析了斜距离焦原理，得出了斜距离焦补偿量的计算公式，并提出采用凸轮机构对斜距离焦量进行补偿。考虑传统的基于偏心凸轮的斜距调焦机构的理论模型具有数学近似的缺点，设计了理论模型没有进行数学近似的基于圆柱凸轮的斜距调焦机构。由于斜距调焦机构设计时是基于某一典型高度，当相机工作于其他高度时会产生剩余离焦量，文中分析了剩余离焦量产生的原因、处理方法和处理流程，从而使斜距离焦量在相机所有工作高度和扫描角范围内均得到补偿，为相机获得高质量图像提供了条件。最后，在实验室利用平行光管模拟了不同物距的成像，验证了提出的斜距调焦机构的有效性和准确性。

粘接结构由于其结构简单、紧凑，应力分布均匀，温度适应性好等优点在光学仪器中应用广泛。对反射镜背部嵌套粘接金属衬套的支撑结构做了详细研究，选择弹性模量较低的粘接剂作为粘接结构用胶；从力学性能角度分析胶层厚度和粘接面积，从热学角度分析胶层的消热粘接厚度。对粘接结构对反射镜位置精度的影响进行分析，包括反射镜的偏心量和光轴方向的移动量。

设计了一种应用于特定机载平台上的变焦距镜头。为了减小轴向尺寸，后镜组进行了2次折反，光学系统的轴向尺寸96 mm，满足了空间的要求。镜头变倍比为20倍，焦距6～120 mm,相对孔径1/5.6。采用了机械补偿方法和滑架导向机构。该镜头轴向尺寸小、精度高、变焦过程光轴晃动小。通过试验,检测出变焦过程光轴晃动不大于34″。通过飞行试验实现了短焦距搜索目标、长焦距跟踪目标的功能，并且变焦快速，像面稳定，视频跟踪图像清晰。

针对常规传动方式在径向空间较小情况下难以实现同轴旋转运动的变速功能，提出了一种基于圆柱凸轮的同轴变速传动机构。以变焦距镜头的结构为基础，结合使用两个圆柱凸轮，在主、从动凸轮上开出螺旋线槽，使从动凸轮螺旋线槽导程为主动凸轮螺旋线槽导程的n倍，从而实现速比为n的变速传动。对机构的传动效率和传动精度进行分析，得出主动凸轮螺旋线槽的螺旋升角与传动效率和传动精度的关系及相关规律。在实验室对机构的传动精度进行了测试，结果表明其速比精度在1.6%以内。此机构结构紧凑,能够自锁且精度较高。

理论分析和试验研究了机载导航白天星敏感器的探测性能, 建立了白天观星的信噪比和调制度在噪声影响下的数学模型, 对比了焦距一定, 不同入瞳直径和入瞳直径一定, 不同焦距情况下的计算结果。归纳了光学系统的性能要求及系统参数对探测效果的影响, 得出光学系统相对孔径为1/15较为合适的结论。在此基础上提出了用于3等星全天时观测的白天星敏原理样机的光机及电子学处理总体方案。利用相对孔径为1/15的望远物镜进行地面实验, 获得了对北极星从日出到正午的持续观测结果。对比不同时刻星点图像的亮度和对比度变化显示, 随着太阳高度角增大, 星点图像的对比度由上午5：00的1.55下降到正午12：00的1.2左右, 据此换算出样机方案的探测性能指标。计算结果表明, 采用口径为Φ70 mm, 相对孔径为1/15的光学系统可满足对3等星的探测最小调制度为0.03的要求。实验表明, 本文进行的理论分析正确, 方案合理可行, 可为小型高精度机载导航星敏感器的研制提供参考。

从时域和频域两方面研究了机载立体测绘相机三轴稳定平台中旋转行程较小的滚转轴伺服系统的辨识与设计问题。在时域方面提出了一种基于遗传算法的辨识方法, 讨论了遗传算法的原理与设计; 在频域方面提出了一种根据闭环频率特性测量数据求取系统开环频率特性的方法, 解决了滚转轴伺服系统由于旋转行程狭小而引起的开环频率特性难以直接测量的困难。根据辨识出的传递函数进行校正后, 控制系统满足设计要求。实验结果证明, 与传统方法相比, 本文使用的方法在测量条件较为苛刻, 行程范围较小, 噪声较大时, 辨识结果仍然可以较好地描述系统特性。校正后控制系统的闭环带宽可以达到121 rad/s, 稳定裕度为60°, 满足工程要求。

一维狭缝光栅实现平面三维显示具有低成本、光栅参数易于改变和无需对焦的优点, 但存在遮挡画面影响亮度的缺点;二维透镜阵列具有全视差且深度感知自然的优点, 但存在显示像素低和观察视角小的缺点。为了同时兼顾上述两种方案的优点, 结合一维狭缝光栅和二维透镜阵列提出了一种基于二维方孔光栅的平面立体显示方案。Lighttools软件仿真实验结果表明：基于二维方孔光栅的平面三维显示原理可行, 其像质因子略小于一维狭缝光栅的像质因子, 但继承了一维狭缝光栅和二维透镜的优点, 是实现平面三维显示的一种新的发展方向。

为满足单个或一批次测绘相机的标定，提出了一种利用已知坐标值的星点对测绘相机进行标定的方法。介绍了该方法的原理以及计算步骤，给出了实验过程。该方法建立在小孔成像的基础上，通过各个坐标系的相互转换，建立起星点坐标和像素坐标之间的联系，以此求解相机内方位元素。与基于平行光管和精密转台的精密测角法相比，该方法不需要昂贵的实验设备，且简化了标定步骤。最后，对标定精度进行了分析，讨论了噪声扰动和已知内方位元素误差对标定结果的影响。分析结果表明，采用该标定方法，相机的主点精度优于3 μm(1/3 pixel)，主距精度优于7 μm(小于1 pixel)，满足标定精度要求。

设计了一种基于PCI总线的CMOS图像传感器OV6620的驱动系统，详细介绍了PCI总线及其芯片PCI9054的特点及应用，给出了PCI总线的驱动程序和应用程序的设计方法。讨论了CMOS图像传感器OV6620的驱动研究，给出了FPGA对OV6620的驱动设计和时序。实验结果表明，基于PCI总线的图像采集系统可以大幅提高图像数据的传输速度，解决了图像采集的瓶颈问题。