为了提高激光测距的精度与稳定性，通过改良传统相位激光测距仪，设计了新型正交调制降频与最小二乘法解相位的相位式激光测距仪。使用反射镜实现内外测距光路，通过正交调制技术对发射激光进行幅度调制，接收模块接收到的回波信号经过混频器后再经过低通滤波器将回波信号降频，降低解相难度并提升解相精度。改用分时测量得到距离相位从而消除二次混频方法所产生的附加相移，分别对内外光路低频回波信号采样进行模数转换后使用最小二乘法求解相位。采用多频率调制测量兼顾激光测距范围与测量精度，最后通过超定方程解模糊算法求解多频测距的待测距离。在国家标准基线上进行样机测试，实验结果表明，在60 m量程内正交调制激光测距仪的测量平均误差控制在1.5 mm以内，测距量程内标准差保持在0.9 mm以内。

针对传统各项异性扩散模型容易产生板块分区, 模糊图像细节等问题,提出一种改进的各项异性滤波算法。该方法引用双曲正切函数构造扩散模型的扩散系数, 避免了传统各项异性扩散模型在均匀区域产生的板块分区问题; 并通过使用衰减因子提高在非均匀区域的扩散敏感性, 能够更好地保留图像的边缘细节信息; 同时引入相对平滑增量, 自适应监控图像的滤波程度, 并自动终止迭代过程。仿真实验表明, 提出的滤波方法能够有效滤除超声图像斑点噪声, 并消除传统各项异性扩散模型产生的板块分区问题, 提高了对图像细节信息的保留能力, 并增强了与原图像的结构相似度, 是一种有效的斑点噪声降噪方法。

提出一种基于正交调制的激光测距系统, 该方案与传统的二次混频方法相比, 提高了相位测量精度并简化了系统的硬件设计, 针对距离测量过程中的距离模糊问题, 提出了一种基于超定方程组的距离解模糊算法, 避免了对最优解的搜索, 最后使用2台K60激光测距仪和3台基于本方案的测距仪在精度为018 mm的国家标准基线上进行对比试验, 结果显示, 测距时间少于18 s, 平均测量误差在2 mm以内, 在60 m的量程内测距标准差在1 mm以内, 验证了该方案相比较传统的方法具有更高的测量精度和速度。

动镜是FTIR光谱仪中唯一不断运动的部件, 动镜的匀速运动性能以及动镜与定镜的准直性好坏影响干涉效果和光谱图质量, 直接制约着仪器的精度和分辨率, 对仪器整体指标起着重要作用。 文章围绕FTIR光谱仪中干涉仪动镜运动的匀速性以及其与定镜的准直性展开研究, 使用相位检测技术对定镜的姿态作出动态调整以补偿动镜与定镜间的倾斜夹角, 并且设计了具有磁悬浮特点的动镜支撑系统。 文章采用改进的模糊PID控制算法实现动镜运动速度的精确调节, 对该控制方案从硬件设计和算法上实现。 结果表明所研发的动镜运动控制系统具有足够的精度和实时性, 能够保证FTIR光谱仪中干涉仪所需的准直性及动镜匀速性的要求。

研制了一套全新的自动安平机构，以解决传统激光扫平仪无法同时兼顾安平精度、范围和速度的问题。首先，改进了传统自动安平仪器中的倾角传感器，设计了一种带有补偿环节的电子水泡以满足仪器的精度要求; 其次，基于PID控制方法设计了用于实现仪器自动安平的闭环控制系统，同时引入模糊控制思想，使其达到了仪器自动安平的速度要求; 最后，优化了仪器机械结构，有效增大了仪器的安平范围。实验测试结果表明，该扫平仪在-10°～+10°的安平精度达到10″，且自动安平时间小于10 s。传统的激光扫平仪相比，设计的安平仪具有安平精度高、扫描范围大和安平速度快等特点。