针对一些光轴稳定性要求较高的高空使用战斗机挂载光电系统，分析了光学系统设计中提高光轴稳定性的几点要素，给出了消热差公式的条件，推导了景深公式，并给出了四种提高途径：采用较大温差范围的光学全被动补偿无热化设计、降低公差灵敏度、提高结构件的刚度和强度、使用景深调焦机构(满足较大作用距离的机载高低空使用要求)。介绍了一种小型机载近红外无热化变焦系统的设计思路。该系统采用光学补偿，有4个透镜组(最后一组为景深调焦机构)，在-55~70℃温度范围内均具有较好的像质、较宽松的公差特性和较好的光轴稳定性。

为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能, 采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理, 讨论光学天线口径对系统载噪比的影响, 以及光瞳截断比对天线效率的影响;提出光学接收耦合效率的定义, 研究不同大气折射率结构常数条件对耦合效率和测程的影响; 通过搭建实验平台, 测量不同距离门内的载噪比和频谱强度等参数, 验证了仿真结果。结果表明, 当远场探测距离在7km~10km范围内变化时, 天线最优口径为100mm, 光瞳截断比最优值为0.8;相较弱湍流情况, 强湍流会使同一系统测程下降近30%。此研究为光学天线的优化设计提供了理论依据。

激光扫描投影系统可以通过在目标面上投影出待投影零部件轮廓线框的方式来辅助工人装配, 使用该系统进行辅助装配可以有效解决由传统装配方式所引起的效率慢、精度低等问题。为了解决自研激光扫描投影系统不能直接读取零部件外形数模, 影响激光扫描投影系统的实际应用价值, 拖慢工作效率等问题。提出了IGES文件B样条曲线的激光扫描投影方法研究, 针对IGES初始化图形交互规范格式文件中应用在零部件外形设计中最广泛的B样条曲线实体类型进行了解析, 并结合B样条曲线定义式推导得到曲线上点参数信息, 在此基础上提出了基于IGES文件的扫描投影坐标提取和二维振镜扫描驱动文件生成的方法。实现了使自主研发的激光扫描投影系统可实现直接读取数模中复杂曲线的数据并进行投影, 投影精度达到0.5mm。通过这种方法可有效的提高车间装配生产效率, 使工业生产更加智能化、高效化。

为解决现有激光扫描投影系统至少需要4个合作目标点才能实现坐标转换关系标定,并且经常因迭代算法不收敛而需要多次、长时间才能完成坐标转换参数解算等问题,提出并研究了融合激光测距的激光扫描投影系统标定技术。研究了加入和未加激光测距模块的激光扫描投影系统数学模型,并运用粒子群优化算法仿真分析其标定精度。针对测距误差对系统标定精度有较大影响的问题,提出粒子群导数标定算法改进标定算法,最终实现了仅需3个合作目标点的快速标定,且标定精度可提升至10 -7 mm。

为提高轨道客车装配时车体零部件的定位准确度, 解决现存人工划线、制作模板等传统工艺引起的定位精度差、工作效率低等问题, 基于激光扫描投影技术建立了全新的精准辅助装配系统。通过研究系统的数学模型, 分析了其在不同投影角度上的投影误差, 并依据上述分析得出了站位布置模型。将系统应用于实际装配中, 实现了定位准确、工作效率高的特点。实际应用效果表明, 定位精度可优于0.5mm, 有效克服了现存定位装配工艺中需制造大量专用模板工装, 工装定位位置不准确, 人工描线定位精度极差等缺点。

为改善激光扫描投影系统在扫描复杂图形时由于扫描频率远小于20 Hz而引起的严重闪烁问题，基于图论理论将Fleury算法应用于激光扫描投影路径规划，并针对该算法无法优化非欧拉路径的局限性，提出了改进的Fleury算法。应用MATLAB对上述算法的扫描路径优化效果进行仿真分析，并应用到已有的激光扫描投影系统中进行实验，实验结果表明：基于改进的Fleury算法的激光扫描投影路径优化技术可以使激光扫描投影频率提升至20 Hz左右，有效解决频闪问题，提高绘制图像的质量，从而提升自主研发激光扫描投影仪器的实际应用价值。