设计了一种改进型激光三角测头, 在传统直射式激光三角测距方法的基础上, 提出了一种新型单透镜设计理念。以普通直射式激光三角法为基础, 对该光路进行改进, 在光学系统中使用一个分束镜来取代传统激光三角测头的聚焦透镜和成像透镜, 令其与聚光透镜和光电探测器共轴, 使系统的结构更加紧凑, 并推导了满足该结构的Scheimpflug条件。同时利用Zemax光学设计软件仿真光学系统, 系统入瞳直径4 mm, 焦距20 mm, 总长20.5 mm, 满足测量系统的小型化。当与合适的光源和探测器配合使用时, 能够在保证较高测量精度的前提下获得更大的工作范围, 提高测量系统的环境适应性, 可广泛应用于工业实时在线检测以及**领域。

在传统直射式激光三角测距方法的基础上, 设计了一种基于位置敏感探测器的单透镜激光三角测头.引入一枚分束镜, 将聚焦透镜和成像透镜合并为一枚.在空间布局上, 令分束镜、探测器、聚光透镜三者共轴, 使系统的结构更加紧凑, 并推导了满足该结构的Scheimpflug条件.利用Zemax光学设计软件仿真光学系统, 系统焦距20 mm, 入瞳直径4 mm, 总长20.5 mm, 可实现测量系统的小型化.同时, 对位置敏感探测器进行非线性校正以及相关信号处理, 保证在较高测量精度的前提下获得更大的工作范围, 并提高系统对测量环境适应性, 可广泛应用于工业实时在线检测等领域.

根据现阶段光电瞄具的靶场测试需求,针对目前传统视差检测方法存在的无定量、大误差、低效率等缺点,提出了一种基于类正弦测微法的视差检测方法,该方法可实现光电瞄具视差的快速定量测试。采取传统摆头法的快速观测原理,利用类正弦测微法实现定量数据获取,构建出一台具有类正弦微动细分机构的改进型视差检测装置。选取了三类典型的光电瞄具样品,针对4种视差测试方法进行详细的测试效果比对实验。结果表明,基于类正弦测微法的视差检测方法及装置不仅能够保证0.01'的测试精度,而且能够满足光电瞄具靶场测试中效率高、精度高的需求,测试效果优于其他传统视差检测方法。

在红外弱表观目标跟踪中，由于目标表观信息贫乏且受场景强噪声干扰，现有算法难以有效提取目标特征，实现对目标的准确跟踪.针对这一问题，本文提出一种基于时空方向能量的红外弱表观目标跟踪方法.该方法提取目标时空方向能量作为特征，建立方向能量直方图描述目标特征.在粒子滤波方法框架下，将粒子方向能量直方图与目标模板的相似度作为粒子滤波预测与更新阶段的观测输入.由于时空方向能量来源于目标的运动特征，因此本文方法具有较强的抗辐射突变性.实验结果证明，该方法能够稳定地跟踪弱表观目标，与传统基于灰度特征的跟踪方法相比，可靠性增强，且具有良好的适应性.

设计了用于太阳能聚集的全内反射(Total-internal-reflection, TIR)聚光器并采取措施进行优化, 将多个TIR聚光器进行叠加放置在光波导板组成波导聚光模块。太阳光线经TIR聚光器阵列收集后照射到光波导板上并在其内部传播, 由末端的光伏电池吸收。由实验结果可知, 在光波导板长度为400 mm增至4 800 mm的过程中, 光学效率由88.6%降低为40.2%, 而辐照度由212 W/m2增长为980 W/m2。这样根据不同需求选取不同长度的光波导板, 并在保证较高的输出功率的前提下大大减少所需使用的光伏电池面积, 同时TIR聚光器只需水平放置在光波导板上, 避免了透镜阵列与光波导板的严格对准要求, 降低了制造与装配成本。

针对空间三维坐标的测量需求, 设计了3D激光雷达光学系统。系统采用发射/接收共光路的结构形式, 以高斯光学为理论基础, 采用Zemax光学设计软件进行仿真。该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰, 而且简化了系统结构、缩小仪器体积。系统采用扩束准直结构, 实现8倍扩束比。通过微小的调焦, 调整发射光学系统的第一片和第二片透镜之间距离在28.203～14.671 mm之间变化时, 实现了2～18 m的测量范围内, 测距精度0.02 mm+10 μm/m。

提出了一种用于火炮炮膛轴线偏离射面的角度测量的数字化测试系统，该系统基于激光跟踪仪空间点坐标测量原理，通过对火炮身管指定点三维坐标的测量，结算出调炮前后空间直线方程，从而计算出火炮偏离角，并针对目前GJB方法对火炮炮膛轴线偏离射面的偏离角度测量方法中存在的精度不高、效率低、工作人员多、结构分散等问题进行了分析。与现行GJB方法进行测量实验比较，实验数据表明使用该方法对火炮偏离角进行测量，效率和精度都有明显提高。

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求，提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号，以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率，在此基础上建立回波功率的数学模型，并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时，使得距离模拟与能量模拟自成回路，实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明：设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟，回波延时精度优于2 ns，最大测程的测准率可达90%，满足了激光测距仪性能测试的检测需求。

为提高红外零位走动量测量精度，针对测量过程中相机姿态变化误差引起的图像定位精度不高问题，提出了一种CCD相机姿态小角度变化自适应补偿方法。通过理论分析，推导出相机姿态解算公式，建立了CCD相机姿态解算数学模型，然后基于某型红外瞄具零位走动量测量系统，分别针对三种相机姿态，对瞄具分划线在参考坐标系中的坐标进行了对比实验。结果表明，测量精度优于0.01 mil，能减小相机倾斜对红外瞄具零位走动量测量带来的误差，为提高零位走动量测量精度提供了一种相机姿态自适应补偿的新方法。

针对瞄准镜在射击前后会有一定的变动量即零位走动量。文中介绍了一种测量零位走动量的方法, 该方法采用CCD测量总的零位变化量, 再通过光电自准直仪测量出重复装卡时产生的误差, 两者的差值即为纯粹的零位走动量。针对之前无法剔除重复装卡引起误差的方法, 该测量方法的优势在于可以测量纯粹的零位走动量, 通过对工作原理的介绍以及实验分析, 结果表明, 白光瞄具的纯粹零位走动量[σ]值不大于6.48″(0.03 mil); 该方法所测得的零位走动量精度高, 符合技术指标要求。