在靶场测量中，针对负载式T型光电经纬仪在更换成像组件之后的投影中心和光轴平行性改变的问题，提出一种仅需2个标杆即可同时检测投影中心和光轴平行性三差的方法。首先，结合摄像机的小孔成像模型和光电经纬仪的三差，推导了大地测量坐标系下的一点与摄像机图像平面上像点之间的投影方程。其次，根据光电经纬仪正、倒镜拍摄两根标杆得到标杆顶点在图像平面上的投影坐标，推导了结合投影中心与三差的成像投影关系，分析了平移矢量和三差对于标杆顶点在成像平面上投影点脱靶量的影响，对系统的投影中心坐标和三差进行计算，进而实现对光电经纬仪的光轴平行性检测。最后，通过实验验证了所提方法，实验结果表明，引入中心投影坐标和三差之后，水平方向和垂直方向上的重投影误差分别在0.2744 pixel和0.2287 pixel以内，所提方法切实可行、精度较高，可应用于T型光电经纬仪在靶场光轴平行性检测过程。

光电跟踪仪光轴平行性要求与跟踪瞄准精度、激光测距传感器照射激光光束发散角、激光回波接收系统探测视场有关, 尤其是对于小目标, 还与激光测距作用距离和探测概率有关。从光电跟踪仪激光测距原理和指标要求出发, 分析照射光束能量分布特点, 考虑温度、振动等环境因素和变调焦引起的光轴稳定性误差, 提出了光电跟踪仪光轴平行性要求的计算方法。同时根据工程实践考虑光电传感器原位更换和现场标校的维修性, 建立了光轴平行性误差分配模型, 讨论了各随机误差项、各标校残余误差项的一般控制要求和估计方法, 为光电跟踪仪设计分析、制造工艺、维修性改进提供参考。

针对可换负载式光电经纬仪更换成像探测组件后的光轴平行性检测, 提出了一种靶场适用的光电经纬仪光轴平行性检测方法。该方法在正倒镜状态下拍摄方位标, 结合经纬仪角度测量结果和方位标距离测量结果计算方位标十字丝中心在成像坐标系下的坐标, 通过基于坐标变换推导的光轴平行性检测公式计算成像光轴相对理想照准光轴的偏差, 从而实现对光轴平行性的检测。对该方法的检测精度进行了分析, 结果表明成像系统投影中心坐标测量误差和距离测量误差对光轴平行性检测误差随着方位标距离增大而减小, 当方位标距离为1 km、坐标测量误差为1 cm时, 坐标测量误差和距离测量误差对平行性检测精度的影响约为0.01 mrad; 当方位标距离足够远时, 平行性检测精度与成像系统的角度测量误差相当, 能够满足靶场使用需求。

光轴的平行性校准在多传感器光电系统中起着重要的作用。为了使被动光学设备的光轴校准满足广泛适用的需求,提出一种基于干涉条纹的光轴平行性校准方法。在平行光管法的基础上建立基准光轴,对接收光学系统反射形成的牛顿环干涉条纹进行拟合,从而计算光轴间的夹角。利用搭建的校准系统平台对激光测距机的发射光轴和接收光轴进行光轴的实际校准。实验结果表明:接收光轴与基准光轴的平行性测量精度优于5″,能够较好地满足校准多传感器光电系统的应用需求,验证该方法的有效性。所提方法的可视化校准过程可以提高校准效率,具有操作简单、实用性强和测量精度高的优点。

空间旋转多光轴系统光轴平行性影响系统指向精度且校准难度高、耗时。基于空间旋转多光轴系统光轴校准原理, 获得了校准理论模型; 结合实验研究, 建立了高精度光轴校准方案; 以机械回转轴为基准, 粗调准和精调准结合, 以调整传感器安装面为粗调, 借助双光楔实现光学量级的精校准; 先校正可见光光轴与机械回转轴的平行性, 再保证激光光轴与机械回转轴的平行性, 最终保证可见光光轴与激光光轴的平行性。试验结果表明, 该校准方案精度高, 指标优于0.1 mrad, 可用于实际工程装调。

基于地基天文观测系统光轴平行性的校验需求, 建立了一套高精度多光轴平行性检测系统。针对具有成像光谱仪的天文观测系统, 将恒星作为点光源, 利用天文跟踪系统完成对恒星星象及相应光谱数据的同步采集。在光谱维视场中,成像光谱仪不易准确地确定恒星的位置, 该检测方案利用赤道仪控制系统和成像光谱仪狭缝视场的特点, 对恒星目标进行一维扫描, 将成像光谱仪接收到的恒星能量随着扫描位置进行拟合来确定光谱维视场中心, 通过高斯拟合法来计算光学仪器之间光轴的平行性偏差。试验结果表明: 测量结果不确定度为1.52", 该检测系统结构简单, 满足成像光谱仪和其它成像仪器野外高精度快速检测光轴一致性的要求。

为了提高基于二维振镜光轴平行性检测方法的检测精度, 简化测量操作步骤, 设计了一种基于二维振镜扫描系统的多光谱集成靶标。通过多光谱集成靶板与LED照明光源结合, 解决一靶专用中需要频繁更换、反复调校靶板及光源的问题。利用二维振镜进行十字分划中心对准, 提高CCD检测方法的测量精度; 采用像差优化的卡塞格林准直系统, 改善十字分划成像质量。通过光轴平行性检测实验, 多光谱集成靶标校准精度达到了0.10 mard, 该精度满足多光谱光电系统光轴平行性高精度和自动化检测的要求。

为了设计光轴一致性检测中用于基准光轴空间角监测的液浮空间角靶标,确定了液浮靶板选择原则。首先,利用流体力学对靶板在浮液中的横摇固有周期进行了分析;然后,结合谐振等相关知识,分析了靶板横摇固有周期与浮液震荡周期不同比值下,靶板的稳定情况;最后,确定了靶板横摇固有周期应大于浮液震荡周期的靶板选择原则。通过对不同厚度的圆柱形靶板及半球形靶板的分析,选择横摇固有周期较大的半球形靶板,并通过实验验证了所确定的靶板选择原则的正确性。

为对室内不拆装情况下大型或整车上的多谱段光电装备进行光轴平行性检校，设计了大尺度多光谱多光轴平行性检校系统。系统采用一个多光谱平行光管提供多个谱段的无限远目标，通过二维移动平台实现平行光管的室内大跨度移动。利用倾角传感器、双线阵CCD测量系统和姿态调整机构来恢复和保证平行光管移动前后的光轴平行性，实现室内分布在车体上不同轴距不同谱段光电装备的光轴平行性进行统一检校。系统设计方案和误差分析结果表明: 该系统平行光管移动前后的光轴平行性总误差小于0.142 mrad，在提高检校精度的同时还大大减小了光轴平行性检校的工作量; 各分系统中倾角传感器和姿态调整机构误差对系统总误差贡献最大，通过选用更高精度的分系统还可进一步提高系统的总体精度，满足更高精度装备的光轴平行性检校要求。

研制了一种短波红外、中波红外和激光测距仪联合工作的图像融合系统。系统实现了全天时可透雾的远距离场景监控、远距离目标测距, 并能够检测1.06 μm和1.57 μm的激光光束。为了保证系统的融合图像质量, 提高配准精度, 提出了一种光轴平行度校正方法, 实现短波红外和中波红外图像的粗配准;提出了一种新的迭代优化方法, 通过寻找最优配准参数来获得最佳的融合性能, 采用基于人眼感兴趣区域的清晰度指标作为评价函数来完善配准过程, 采用粒子群优化算法解决联合优化问题, 实现短波红外和中波红外图像的精配准。实验结果表明该系统在远距离场景监控和战场态势感知等方面具有较大的应用潜力。