针对应变信号采集系统中的信号处理环节，设计并实现一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的FIR数字滤波器。首先，基于Matlab采用克莱德曼窗函数设计一个长度为16的15阶数字滤波器，并生成高斯白噪声与频率为2 kHz、8 kHz正弦波的合成信号，然后量化12位系数，将系数文件导入QuartusⅡ13.1软件，结合FPGA内部数字滤波器IP核，采用自上而下的方式设计出FIR数字滤波器，最终在Simulink环境下对其进行仿真。实验结果表明，滤波前后合成信号的均方误差下降28.5%，提高了低频信号质量，增强了应变信号采集系统的功能性和集成度。

针对现有双目位姿测量系统中仅有两个目标点, 无法利用额外标定物对两个无公共视场相机进行标定的问题, 提出一种无需改变系统结构, 可以直接利用现有设备的双目相机位姿标定方法。首先固定两相机坐标系与公共目标坐标系的位置关系, 通过多次移动标定物的方式得到多组坐标数据;然后, 利用一种基于直接线性变换方法的改进算法对每个相机坐标系到公共目标坐标系的转换关系进行优化求解;最后, 利用优化后的相机坐标系到公共目标坐标系的转换关系求得两个无公共视场相机坐标系之间的转换关系。利用两个相机坐标系之间的转换关系求得两目标点距离, 并作为标定精度的评价指标。实验结果表明: 当目标点处在各自相机视场范围内, 相机与目标点之间的测量距离为 700~1 300 mm时, 利用本文方法求得的目标点距离的均方差 <0. 2 mm, 满足实际应用需求。

针对叠栅条纹图像在精密测量方面的应用需求,提出了一种基于图像局部自相似性和去块效应后处理的超分辨率算法。该算法利用叠栅条纹图像的局部自相似性,首先对原始低分辨率条纹图像插值,得到初始高分辨率图像,然后寻找各高分辨率图像块对应的低分辨率最优匹配块,从高、低分辨率图像块对中提取先验知识,完成单帧图像的超分辨率重建。本文算法对图像进行了块操作,在重建结果中引入了块效应。针对该问题,同时提出了一种能够快速消除块效应的后处理算法。结果表明,将本文两种算法结合使用,能够有效提高图像质量,同时消除重建图像中块效应的影响。本文算法不需要借助外部图像,计算复杂度低,适用于叠栅条纹图像超分辨率重建。

为了满足2 m望远镜系统中消旋K镜伺服系统的速度控制性能, 提出一种基于控制律参数自适应的自抗扰控制新方法。首先, 基于速度回路被控对象, 设计了二阶线性扩张状态观测器, 以实现对扰动的实时观测; 然后, 为了提高速度环动态和稳态性能, 采用回归分析方法, 设计了控制律参数基于输入速度变化而自适应调整的比例控制器; 最后, 搭建了消旋K镜伺服控制实验系统, 在速度阶跃信号激励下开展实验研究。结果显示: 与传统PI和自抗扰控制器相比, 系统以0.001 (°)/s速度运行时, 稳定时间从7.3 s、3.2 s减少至0.9 s; 以10 (°)/s速度运行时, 系统超调量从8%、62%降低至无超调; 在中低频段的扰动抑制能力最大提高了23 dB, 性能得到了提高, 可满足K镜伺服系统高精度的速度控制性能要求。

针对SDRAM控制器的自动刷新指令控制方法，提出了一种周期分散刷新算法。首先，使用Verilog HDL编写SDRAM控制器。在读写过程，根据SDRAM时钟频率和存储阵列行数，确定连续读/写的次数m/n。连续m/n次读/写操作后，控制器发出一次自动刷新指令。在非读写过程，根据状态机长期处于空闲状态的特点，控制器定时发出自动刷新请求，从而周期地发出自动刷新指令。然后，基于光电测量系统对算法进行验证。实验结果表明控制器周期、及时、准确地发出了自动刷新指令，读写指令执行效率提高了0.39%。该算法解决了自动刷新指令滞后的问题，提高了读写指令执行效率，具有良好的移植性。

针对某2 m望远镜消旋K镜转台, 提出了一种基于Hankel矩阵奇异值分解的特征系统实现算法对系统的参数和阶次进行辨识。首先, 以正弦扫描信号激励转台并同步采集位置反馈信息, 利用谱分析法对测试数据进行分析, 得到了系统的频率特性曲线; 其次, 对系统的Hankel矩阵进行奇异值分解, 得到了K镜转台的结构模型; 最后, 采用特征系统实现算法对Hankel矩阵进行辨识, 得到了K镜转台的参数模型。实验结果显示: K镜转台相对均衡的最小阶阶次为6阶, 在系统的中低频段获得幅度±0.31 dB和相位±0.87°的辨识精度, 相对于参数递阶辨识方法, 分别提高了50.7%和23%。结果表明: 该方法能够确定一个与系统外特性“等价”的相对均衡的最小阶状态空间模型, 在辨识系统阶次和参数估计方面具有较好的可行性和实用性。

针对导弹发射姿态测量问题, 提出采用高速摄像机通过斜瞄和平瞄姿态测量方法求解导弹中轴线俯仰角和方位角, 仿真典型导弹起飞段近距离姿态测量, 分析两种测量方法对导弹飞行姿态测量精度和适用性。仿真结果表明：平瞄和斜瞄姿态测量方法, 测量误差在02°以内。斜瞄方式使用更便捷, 通用性好。平瞄方式测量精度高, 数据处理方法、机械结构相对简单, 在适合的应用场合优势明显。此分析方法、分析结果为姿态测量方法选取和研究等提供一种可行的途径, 也可为其它运动目标的姿态测量提供借鉴。

为了能够准确的测量出单轴光电测量系统的视轴，根据主光轴上的点在线阵CCD 上的成像位置不随物距的变化而改变这一特性，提出了一种利用合作目标测量视轴的方法，并对其进行了理论推导。把合作目标固定在某一位置上，把单轴光电测量系统放置在可移动的水平平台上，移动单轴光电测量系统只改变单轴光电测量系统到合作目标之间的距离，不改变单轴光电测量系统的光轴与合作目标的高度差。最后利用某一实际光电测量系统和合作目标做了实验验证。实验结果表明，利用该测量方法的测量精度可以达到-0.84″。

在捷联寻北仪工作过程中，摩擦非线性造成转台伺服系统低速不平稳性，导致陀螺输出漂移变大，影响寻北精度。为了提高伺服转台速度平稳性，设计了自抗扰控制器，实现转台的稳速控制，保证转台快速、平稳定位，以便减少陀螺漂移。仿真结果表明，与采用 PID控制相比，速度稳定回路获得较好的动态性能，快速性、平稳性和抗干扰能力都得到提高；实验结果表明，动力调谐陀螺输出更加平稳，减小了陀螺输出的随机漂移，寻北误差从 34.4″减小到 27.7″，有效地提高了系统的寻北精度。