借鉴沙漠蚂蚁等昆虫利用天空偏振模式进行导航的方法, 设计了偏振传感器来获取导航系统的航向角。为提高偏振传感器的测角精度, 研究了影响偏振传感器测角精度的误差因素与补偿方法。讨论了如何利用偏振传感器从天空偏振模式中提取偏振方位角信息的方法, 分析了影响偏振测角精度的主要误差因素, 建立了偏振传感器的测角误差模型。根据测角误差模型, 推导了偏振方位角的解算方法, 并利用最小二乘算法, 通过估算模型的误差参数值间接补偿测角误差。最后, 采用提出的误差补偿算法在晴朗天气下进行了实验测试。测试结果表明: 误差补偿后测角精度得到明显提高, 约为0.17°(3σ)。实验结果验证了提出的误差补偿算法可以实现对角度误差的有效补偿。

由于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)光纤干涉传感系统的定位精度在实际应用中受到初始相位偏移的影响, 本文针对系统的光路结构, 提出了一种基于3×3耦合器的被动数字化解调方法。利用3×3耦合器的2路输出信号构成椭圆曲线, 在约束条件下对信号系数进行最小二乘拟合, 然后采用微分交叉相乘法解调出相位信号。与传统的解调方法相比, 提出的方法降低了对耦合器高对称性的要求, 不需限制其它参数; 约束条件下椭圆拟合的鲁棒性好, 尤其是对于椭圆度较差的数据点具有很强的适应能力, 适用于微弱振动信号的解调。仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效, 运算量小, 利用现场数据解调出的相位信号相关性达到0.992 0; 互相关计算显示其在总长43 km的管道上的定位误差为81.2 m, 有效提高了系统性能。

为提高稳定平台的性能指标，满足其高精度、快响应的要求，实现对目标的实时跟踪，对稳定平台的控制方法进行了研究。首先，根据自适应逆控制的基本原理设计出稳定平台自适应逆控制系统的结构。然后，采用模型参考自适应逆作为控制器来完成稳定平台转轴的控制并尝试利用其开环特性来改进稳定平台的控制性能。稳定平台模型辨识和控制器的设计算法都采用最小二乘法(LSM)，最后分别采用传统的PID控制和自适应逆控制分析比较其输出效果。仿真结果显示，采用自适应逆控制时的定位精度可达29″，表明采用自适应逆控制的稳定平台具有响应快、无超调、抗干扰能力强以及稳态误差小等优点，其动、静态性能均优于常规的PID控制。

为了准确计算出镀膜过程中每层膜的折射率，介绍了实时监控过程中确定膜层折射率的2种方法：一种是由实测的透射比光谱直接反算出膜层的折射率；另一种是用最小二乘法的优化算法实时拟合折射率。试验结果表明：在线反算适合单点监控，所得折射率误差小于2%。然而在实际镀膜过程中，由于宽带内膜层参数误差较大，一般大于25%。为此，采用最小二乘法拟合，即在整个宽光谱范围内采集每个波长点的信息，所得结果误差很小，一般都在2%～5%之间，有时可达到10%，在很大程度上提高了实际镀膜时膜厚监控的精度。

激光光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术.检测算法的精度和速度直接影响了测量的精度及速度,传统的检测算法如重心法、Hough变换法等在检测精度或速度上存在不足.基于圆拟合的激光光斑中心检测算法是根据最小二乘原理用圆来逼近激光光斑轮廓,该算法除了可以检测光斑中心外,还可以检测光斑半径,达到亚像素级的定位精度,具有很快的计算速度,可适用于实时的光学测量.