自由曲面光学元件因具有良好的消像差能力，又能简化系统的结构，已成为新一代理想光学元件。但由于面形的“自由”以及表面的大梯度变化，使得面形高精度检测缺乏有效方法，是该类元件制造和应用的瓶颈。提出了利用点源阵列给测试波前预载倾斜量来补偿被检自由曲面表面梯度的非零位干涉自由曲面面形测量方法。针对自由曲面非旋转对称的特点，提出了基于“黑匣子”思想的逆向光路设计方法，设计出了适合自由曲面面形测量的非零位干涉光路。根据设计方案，加工并制作了该干涉装置，对自由曲面眼镜片进行了实际的干涉图采样，验证了系统的可行性。

目前弹丸运动姿态测量的主要方法是对多阴影照相站抓拍的系列图像进行处理分析，而只有当多阴影照相站处在同一空间坐标系中时，才能将系列图像的特征点与该点对应的空间坐标联系起来，从而得到准确的结果。针对这一问题，利用位置敏感探测器（PSD），提出一种长距离多阴影照相站的空间坐标一致性标定方法。分析了该标定方法的测量精度和重复性。搭建了一套系统并开展了相关实验，实验结果表明，该标定方法的位置校准误差小于0.1 mm。

在现代发射轨道空间弹丸飞行姿态研究中，通过轨道上的多组阴影相机基站瞬态捕捉弹丸姿态图像数据，对图像数据进行处理计算可以获得弹丸的飞行轨迹数据。因此，阴影相机的空间坐标校正对飞行姿态数据的获取以及测量精度有着重要的影响。针对传统悬线型基准系统校正误差大以及因每组相机间独立校正而导致的空间几何坐标校正一致性低的问题，基于光电位置传感器和光学杠杆原理，设计了新型阴影相机空间几何坐标校正系统。阐述了该系统的理论背景、组成以及调校方法，并对该系统进行了实验分析。实验结果表明，采用该系统校正阴影相机俯仰角精度优于10″，单组相机校正实验测量结果误差不超过0.06 mm，多组相机校正一致性误差不超过0.1 mm。