为了准确测量远距离炸点平均高度, 采用了双线扫描 CCD成像的方法并建立了测量系统理论模型。首先采用了望远式成像光学系统对远距离炸点进行成像, 采用柱面镜进行成像变换; 采用 Zemax软件对成像光路进行了模拟, 模拟点列图结果表明了系统在物距为 20 m时, 能够在 5 m范围内有效测量炸点光的平均高度。最后, 采用曲线拟合的方法求出光斑中心位置并对测量系统进行了线性标定。经实验验证本测量系统可以在物距为 20 m处测量炸点的平均高度最高约为 3 m, 测量精度可以达到 1.95%。所设计的炸点平均高度测量系统满足了远距离、大范围的测量要求, 系统运行稳定、可靠, 采用双线阵 CCD的测量方法有效的消除了物距不能确定的影响。

在迈克耳孙式干涉光路的基础上结合高速摄像和采集系统，利用时域散斑干涉测量技术，实现了瞬态三维形变场的实时测量。物体发生形变时会产生一个时变的散斑干涉场，通过连续采集的散斑干涉图序列便可得到各个像素点的一维时域干涉信号，即光强随时间的变化关系。在利用经验模态分解对干涉信号进行降噪处理之后，借助于希尔伯特变换的相移作用完成信号相位的解调，并在时域中进行相位展开，最终通过逐点分析获得全场的相位分布。为了验证该方法的有效性，对由压电陶瓷驱动的瞬态离面形变进行了测量。结果表明，该方法可在1000 frame/s 的采集速度下实现动态形变的实时测量。与传统相移法相比，该方法结构简单，易于实现，在时间和空间上都具有较高的分辨率。

为了扩大传统剪切散斑干涉仪的检测视场，设计了一种反远距成像迈克尔逊式剪切散斑干涉系统。采用负透镜组与标准成像镜头组成反远距成像系统，分析了光路的成像参量，并利用ZEMAX软件进行了模拟; 讨论了发散光路时间相移的非均匀性，采用等步长相移算法进行相位解算可以弥补非均匀误差; 并对中心加载的橡胶平板进行了测量。结果表明,该系统能有效地扩大成像视场，采用3片焦距为-75mm的平凹镜片可以实现70°视场角的散斑干涉检测，通过调整平凹镜片的焦距和数量可以实时调整成像视场。

针对大面积的动态检测对大视场角散斑干涉技术的需求，研究了一种基于4f成像的大视场载频散斑干涉系统。该成像系统由前置广角镜头和4f成像系统组成; 利用双缝干涉产生稳定的载频，在其中一个狭缝上加入不同楔角的光楔来控制剪切量的大小。分析了4f系统的焦距与双缝的间距和载频值之间的关系; 采用散斑场自相关标定了4f系统中散斑统计的平均尺寸。分析证明: 采用孔距为2 mm的双缝配合80 mm焦距的4f系统可以实现2π/3的稳定载频。分别采用12 mm和6 mm的标准成像镜头测量了动态形变的橡胶板， 实现了40°和65°视场角的散斑干涉检测系统。实验结果证明该系统能实现大视场测量，载频与剪切量调节相互分离，提高了散斑检测系统的效率。

为了精确的测量电涡流传感器的距离 -电压输出线性区间和线性位移精度, 本文采用了显微散斑相关法对位移进行标定。首先, 利用精度为 5 μm位移平台进行位移调节, 得到位移和电涡流传感器输出电压的线性区间。然后, 在线性区间内进行密集采样, 通过显微照相系统采集散斑图, 利用散斑相关法求出位移, 得到更高精度的位移-电压曲线。分析了显微散斑照相的检测流程与检测精度; 讨论了散斑尺寸对测量的影响。设计了测量光路参数: 采用 40×显微物镜配合 20×读数显微镜可以实现 64.5×的放大倍率。对 40铬材料进行了位移 -电压曲线标定实验, 实验结果证明: 本系统可以实现高精度的电涡流传感器位移标定, 测量精度达到 0.09 μm, 要实现更高精度的标定可以提高显微系统的放大倍率。

为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性，采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析，并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准，实现了高精度的自动对焦; 采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量，实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试，当光轴之间偏差角为0.04mrad~0.08mrad时，相对误差在13%以内，此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明，该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差，通用性强、检测效率高，精度满足需求。

为了精确地测量物体表面的动态形变并得到形变高度和梯度信息, 提出了一种基于双孔衍射结构的空间载频剪切散斑干涉法。该方法采用双孔产生固定的载频条纹, 利用双旋转光楔实现剪切量的连续调节, 采用正弦拟合算法进行相位计算。首先, 分析了双孔调制的相位载频与双孔距和像距之间的关系, 讨论了双旋转光楔得到线性剪切量调整的实验参数。然后, 设计了测量光路参数; 采用孔距为3.8 mm的双孔径配合焦距为80 mm的成像镜头在物距为300 mm时得到了载频为π/2的散斑场。最后, 对动态形变的薄金属板进行了测量。实验结果表明：配合实时图像处理系统, 该方法可以在帧率为15 frame/s的采集速度下实现动态形变的测量与显示, 可测形变峰值为0.11~1.15 μm。本系统结构简单, 易于集成, 适用于动态形变的实时检测。

剪切散斑干涉技术在表面形变测量中发挥着重要的作用，用于动态形变测量的空间相移技术使得散斑干涉技术更实用化。研究了一种基于菲涅耳双棱镜的空间载频产生方法，该方法与散斑剪切干涉结合可以实时地对变形梯度进行测量。应用菲涅耳双棱镜获得空间载频散斑干涉场并分析了双棱镜产生的剪切量和载频；采用单缝与菲涅耳双棱镜配合可以在一个散斑尺寸内产生空间载频；采用傅里叶分析方法进行了载频的标定，利用正弦拟合相移算法得到被测物的动态形变导数。实验结果证明采用菲涅耳双棱镜可以方便地实现散斑剪切干涉的空间相移测量，适合于动态形变检测。

为了获得高速弹丸在出膛后的瞬时速度以及在不同位置时的速度分布, 提出了一种基于扩展光束的激光多普勒测速系统。该系统对出射的激光束进行两次扩展, 使扩展后的相干光束在空间某一位置相交来形成具有一定延展范围的探测体。该方法有效避免了经典双光束多普勒测速系统由于探测体积小而导致的物体偏离探测区域的情况, 因此, 在实际测量弹丸速度的过程中能够解决传统多普勒系统因弹道偏差而导致的无法测速的问题。该系统也可以采用并联方式来监测弹丸在弹道不同位置上的速度分布。通过实验对激光束进行了不同尺度的径向扩束, 并在此基础上获得了不同散射面积下的多普勒信号。分析结果显示: 在速度为10~25 m/s时, 测量值与实际值的平均误差可以达到1%~2%, 表明这种测量方法是有效且可行的。