针对微反射镜阵列（MMA）微反射镜集中度高、尺寸小，在实际检测过程中相邻镜面反射光容易出现串扰的问题，提出了一种用于微反射镜阵列角位置检测的光斑串扰抑制算法。对照射到阵列中待测微反射镜及邻域微反射镜上的光强进行标定，通过求解光强矩阵方程获得每个微反射镜的角位置信息。仿真结果显示，在检测光斑尺寸大于单个微反射镜尺寸的串扰情况下，该方法的检测精度可保持10 μrad以上，满足光刻机使用指标需求。所提出的检测方法可有效解决MMA检测过程中的串扰问题，对光刻机自由光瞳照明模块的角位置检测具有重要意义。

引力波探测激光干涉仪对四象限探测器性能提出了较高的技术要求。为了提升四象限探测器光斑位置检测精度，搭建四象限探测器相干探测仿真系统，构建位置检测数学模型，分析位置检测精度与系统信噪比、光斑半径和光斑质心位置三个关键参数以及相干混频增益的关系。基于蒙特卡罗仿真方法并采用LabView软件搭建四象限探测器光斑位置检测计算机仿真系统，深入分析系统中高斯光斑产生、光斑质心位置解算以及误差评判三部分主要过程，分析各个关键参数对位置检测精度的影响。仿真结果表明，提升系统信噪比、减小光斑半径以及选取靠近光敏面中心的光斑质心位置可以提高位置检测精度。将仿真结果与理论计算结果进行对比，验证了数学模型的有效性，提升了蒙特卡罗仿真置信度。

为了实现极紫外光刻光源驱动激光光斑位置的高精度、宽范围、快响应检测，设计了一种高重复频率窄脉冲信号多通道同步采集处理电路，并提出了基于高斯光斑模型的二级扩展误差补偿算法，可以为极紫外光刻光源驱动激光指向控制提供高精度反馈调节量。首先，介绍了光斑位置检测系统的结构组成与四象限探测器的基本检测原理；然后在考虑探测器半径、光斑半径以及沟道宽度等因素影响的前提下对误差补偿函数进行改进，并对改进的二阶扩展误差补偿算法进行了仿真分析；接着介绍了用于高重复频率窄脉宽信号的多通道同步高速采集电路；最后搭建了实验平台，对改进的算法进行验证。实验结果显示，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差为0.0042，最大绝对误差为0.0092 mm，绝对误差的平均值为0.0034 mm；与二阶误差补偿算法相比，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差、最大绝对误差和绝对误差的平均值分别降低了83.06%、85.28%和83.50%。表明二阶扩展误差补偿算法与二阶误差补偿算法相比，具有明显的优越性及实用性，在扩展了光斑位置检测范围的同时，光斑位置的检测精度也得到了明显的提升，解决了传统算法无法兼顾计算速度与检测精度的问题。

为了实现空间光通信系统小型化、一体化设计，建立了基于阵列探测器和快速偏转镜的一体化跟踪系统，通过分析阵列探测器的光斑位置检测原理提出了一种归心算法。首先通过设置阈值，设计了光斑不完全覆盖探测器的粗归心策略；然后采用数据库查询的方法完成精归心，最后采用无穷积分法使光斑归至原点附近；通过搭建试验平台验证了算法的正确性和可行性。实验结果表明：跟踪视场可达70.3 mrad，较原算法视场扩大了约3倍，跟踪最大误差优于1.8 μrad，为空间光通信系统的进一步工程化应用奠定了基础。

为了从目标图像上提高直线电机动子位置测量的精度、抗干扰性和实时性,引入了一种基于相关峰精确内插(FICP)的图像位移测量方法,并采用深度学习算法优选出具有强鲁棒性的栅栏图像。首先,控制栅栏条纹的宽度标准差和平均灰度梯度,生成一系列栅栏条纹图像。其次,结合线性调频Z变换和FICP算法计算相邻目标图像的位移值。然后,用位移估计值的均值误差作为评价指标,用深度神经网络建立栅栏图像质量优选模型,筛选出具有强鲁棒性的非周期栅栏图像。最后,利用线扫描相机获取运动过程中的一维栅栏图像信号,并根据棋盘标靶法确定系统的标定系数,得到实际位移值。仿真和实验结果表明,优选出的非周期栅栏图像能有效提高测量精度,证明了本方法的正确性。

为了分析四象限探测器(QD)激光光斑位置检测性能,建立了新的高斯光斑位置分辨率数学模型。分析了高斯光斑模型下QD位置检测原理和近似数学模型,根据误差函数可导性,结合误差理论推导出位置分辨率与总信噪比、光斑中心位置和光斑半径关系的数学模型,数值仿真和实验系统验证了所提模型的正确性。结果表明,当光斑半径为0.74 mm,总信噪比为66.96 dB时,在光斑中心偏移±0.45 mm范围内,所提模型的估算误差约为36%,与原近似模型相比,精度提高了约1倍,可以对激光光斑位置检测系统的位置分辨率进行有效估算。

为了从目标拍摄源上提高直线电机动子位置检测的精度和抗干扰性, 构造了一种非周期正弦条纹图像, 并引入一种基于梯度法的图像亚像素测量方法, 实现对动子位置的高精度测量。首先, 改变正弦条纹的条纹周期, 得到一系列非周期正弦条纹, 并生成非周期正弦条纹图像; 其次, 采用图像的Pnatt熵优选出具有强鲁棒性的非周期正弦条纹图像; 最后采用基于Barron算子的梯度法计算相邻目标图像的亚像素位移, 结合标定系统物像标定系数, 获得直线电机动子的实际位移。仿真和实验结果表明, 对比于非周期栅栏图像, 本文构造的非周期正弦条纹图像具有较强的鲁棒性, 且测量精度达到0.02 pixel。

图像测量技术具有非接触性、抗干扰性等优点被越来越多地应用到双次级永磁直线电机动子位置检测中。针对图像采集过程中所产生的图像模糊问题，提出了一种精确辨识运动模糊参数的方法，实现了直线电机动子位置的精确测量。采用数字散斑图像作为原始拍摄面，通过相机获得包含动子位置信息的序列运动模糊图像。利用奇异值分解对运动模糊图像进行去噪重构预处理，降低噪声对运动模糊参数辨识精度的影响。求取预处理后图像的倒谱图，通过主成分分析找到倒谱图二值化后亮线的主矢量方向即为模糊方向；同时作出倒谱三维图，利用其负峰值中两个最小值坐标求出模糊长度。根据计算的模糊参数值复原模糊散斑图像，再利用图像亚像素测量方法获得动子位置。实验结果表明：本文算法的计算耗时比Radon算法缩短了5倍多，不同位移下的平均绝对误差仅为0.084 7 mm，满足直线电机动子位置检测的实时性和高精度要求。