为满足现代复合光电系统多光轴一致性的在线检测需求, 提出一种基于光学自动瞄准和惯性测量的大间距多光轴夹角测量方法。利用惯性传感器提供一个准确且可移动的基准坐标系, 瞄准被测光轴并测量其在基准坐标系中的单位向量坐标, 再由向量坐标计算光轴夹角, 以此检测光轴一致性。构建了测量系统的原理样机, 并采用蒙特卡罗法对其测量不确定度进行评定。对复合光电系统中激光测距机与红外热像仪的光轴一致性进行实际检测, 实验结果表明, 激光发射轴与瞄准轴的一致性测量误差为24.4″, 红外热像仪光轴与瞄准轴的一致性测量误差为27.0″。采用移动测量的方式, 扩大了测量范围、提高了测量效率, 为野外环境下大间距多光轴一致性在线检测提供了一种有效的手段。

由于被测对象相距较远, 高精度的公共测量基准难以建立, 因此大尺寸空间角测量的难度较大。为了解决大尺寸条件下空间角的现场测量问题, 提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法。首先, 阐述了大尺寸空间角的测量原理并且设计了测量系统。然后, 对测量系统中基于二维振镜的光轴指向不确定度进行了研究, 重点分析了各类误差对光轴指向不确定度的影响。最后, 利用蒙特卡洛仿真对各项误差所引起的光轴指向不确定度进行评定, 为光轴跟踪装置的误差分配及其指向精度的现场评估等工作奠定了基础。

随着大型装备制造工业飞速发展, 其制造与装配等过程对大尺寸空间几何量的测量技术要求越来越高。为了分析大尺寸空间几何量测量中的空间角测量技术的发展, 在综述5种传统大尺寸空间角测量方法的基础上, 介绍了大尺寸空间角测量方面国内外相关研究的3种新的代表性成果。着重阐述了一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法, 该方法将光电自准直跟踪技术与惯性测量技术有机结合, 测量范围更大、便携性更强, 特别适合外场条件下大尺寸空间角的快速测量。测试结果表明, 目前其有效测量范围可达10 m, 测量精度为0.5°, 同时还针对系统测量范围与测量精度的进一步提高提出了改进方案。

为了降低光纤陀螺(FOG)的随机噪声以及消除异常采样信号的干扰, 提出一种鲁棒平滑滤波算法。利用权重函数为FOG每个采样数据迭代加权, 给异常值分配较低权重给高质量数据分配较高权重, 有效提高了平滑滤波的鲁棒性。采用广义交叉验证估计平滑参数再利用离散余弦变换计算原始FOG数据的平滑值, 提高了平滑滤波的运算速度。软件仿真和实际实验结果表明, 相比传统最小二乘平滑滤波算法, 所提算法能够有效抑制FOG随机噪声和异常采样信号的干扰, 并且对时变的FOG信号具有较好的跟踪能力。

针对大型装备装配过程中的大尺寸空间角测量问题, 提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法并且设计了相应的测量系统。该测量系统利用自准直原理获取被测轴线方向, 通过内部陀螺仪和编码器测量被测轴线在惯性坐标系中的单位向量坐标, 然后根据每个被测轴线在公共基准内的单位向量坐标值实现空间角的计算。建立了大尺寸空间角测量的数学模型, 并对测量系统的测量不确定度进行分析和计算。最后搭建了测量系统的原理样机并利用原理样机在实验室进行了模拟测量实验。实验结果表明, 原理样机的实际测量误差为14”, 满足了测量精度的要求。该方法采用惯性空间作为公共测量基准, 有效地解决了测量大尺寸空间角时测量基准难以建立和传递的难题, 使得测量过程更加灵活、高效。

为实现面向具体视觉任务提出的融合图像“目标探测感知质量”的客观度量，通过分割红外源图像中感兴趣区域确定融合图像中人眼敏感的目标和背景区域，结合主观评价实验观察条件与人类视觉系统特性确定目标邻域面积，利用人类视觉系统空间积分特性确定目标区域人眼敏感权重，利用人类视觉系统亮度掩盖特性确定多目标权重，构建了基于目标邻域对比度的客观评价模型。和基于韦伯定律的目标与背景对比度客观评价模型相比，目标邻域对比度客观评价模型在与主观评价结果的准确性、一致性和单调性方面均有显著提高，这对实际应用的图像融合系统具有现实意义。

载体扰动会对光电成像系统的性能产生影响。分析载体扰动的特点及产生的原因，主要分析载体角运动对光电成像系统性能的影响。在此基础上从空间分辨率、人眼观察性能以及跟踪精度3个方面分析光电成像系统对视轴稳定精度的要求，指出对于探测器限制的光电成像系统，应将积分时间内载体的角扰动控制在探测器限制的空间分辨率内，或将像移控制在一个探测单元尺寸内，对于衍射限制的光电成像系统，应将积分时间内载体的角扰动控制在衍射限制的空间分辨率内，得出了视轴稳定精度必须在满足成像系统空间分辨率的基础上，根据实际功能需求进行确定的结论。最后通过实例验证了上述结果。

角扰动隔离是导引头的一个重要功能,通常用隔离度来评价导引头的扰动隔离性能。为了实现对导引头隔离度的快速测试,本文分析了导引头直接稳定和间接稳定的扰动隔离原理,建立了导引头的隔离度模型,最后通过分析导引头的稳定回路结构,提出了一种适用于导引头伺服系统调试阶段的,基于dSPACE半实物仿真系统的隔离度测试方法。该方法通过在稳定回路中施加干扰信号实现隔离度的快速测试,不需要使用飞行仿真转台模拟载体运动。与传统测试方法相比,具有系统组成简单、测试速度快的特点。采用该方法对某红外成像导引头稳定回路进行了隔离度测试,测试结果接近于传统测试方法的测试结果,其误差＜2 dB,表明使用该方法测量导引头或其他动载体光电平台的隔离度是可行的。

分析了导引头伺服系统的结构及其预置、稳定、搜索和跟踪等回路的功能。设计了基于双DSP 结构的导引头伺服系统控制器，以实现导引头的通信、扰动隔离以及目标跟踪等功能，介绍了其硬件与软件实现方法。分析了导引头伺服系统的扰动隔离与目标跟踪原理，并以方位轴稳定回路为例，提出了基于dSPACE 半实物仿真系统的数字控制器设计方法。扰动隔离仿真与目标跟踪试验结果表明：所设计的导引头数字控制系统具有较高精度，基本满足导引头的扰动隔离与目标跟踪功能。