测量范围的拓展对提升基于偏振特性的光纤压力传感系统的实用性有着重要意义。以拓宽测量范围并保持原有传感灵敏度为目标，提出了一种基于斯托克斯多参量融合的传感方案。通过理论仿真得到传感头目标偏振轴。利用偏振控制器，压力装置和偏振检测计，在实验中得到了线性度为99.8%、灵敏度为0.1938 N^-1、测量范围为28 N的传感性能，多参量融合方案的测量范围比单参量测量方案提高了5倍。实验结果与理论预期吻合较好。所提方案可以大幅度提升基于光纤偏振特性的传感系统的性能并扩展了其实用价值。

在单轴旋转惯导系统中, z向旋转轴陀螺漂移由于不能被旋转调制成影响系统导航性能的主要误差因素。另外, 为了缓解对准过程中对准精度与对准时间的矛盾, 在有限的对准时间内最大程度的保证对准精度并能够辨识出z轴陀螺漂移, 该文提出了一种静基座条件下, 基于时间正逆向解算算法并通过增加航向角量测量, 利用最小二乘法进行参数辨识的快速对准方法。该算法不仅能缩短对准时间, 还能快速估计z轴陀螺漂移, 提高导航精度。以现有的单轴旋转光纤陀螺惯导系统进行试验, 结果表明, 误差补偿后, 系统定位精度提高了约24%, 定位误差小于2 n mile/12 h。

固体火箭发动机推力线的测定是航天器精密安装领域的一项关键技术, 也是回转形体旋转轴线提取的一种代表性应用。针对现有相关方法存在的结果不够客观、可靠性不高且适应性欠缺等问题, 提出了一种基于表面法矢约束的回转形体点云旋转轴自动提取方法。首先, 计算形体点云的表面法矢, 通过设置最小二乘法矢计算标准差阈值剔除非可靠点集, 用以对旋转轴计算结果进行质量保证; 然后, 选用可靠点作为种子点, 依据种子点同纬点集法矢之间的特殊关系对此点集进行筛选, 并对提取的同纬点集进行平面拟合和空间圆拟合, 得到旋转轴初值; 最后, 根据点云表面法矢与旋转轴之间的位置关系列出最小二乘平差的目标函数, 通过迭代平差求解初值的改正数, 从而得到最终的旋转轴提取结果。通过实验测试, 利用模拟数据和实测数据对方法的准确度和精密度进行验证。实验结果显示: 有效采样间隔点云的旋转轴提取结果偏斜量达到0.01°以内, 横移量达到0.02 mm以下, 表明提出的方法正确, 可以实现对回转形体点云旋转轴线的高可靠性自动提取。

考虑五轴机床中的旋转轴误差会影响加工精度和在机测量结果, 本文研究了旋转轴误差的在机测量与建模方法。介绍了基于标准球和机床在机测量系统的旋转轴综合误差测量方法, 采用随机Hammersely序列分组规划旋转轴的测量角位置, 通过自由安放策略确定标准球初始安装位置。然后, 引入模糊减法聚类和模糊C-均值聚类(Fuzzy C-means, FCM)建立旋转轴误差的径向基(Radial basis function, RBF)神经网络预测模型。 最后, 进行数学透明解析, 从而为误差的精确解析建模提供新途径。利用曲面的在机测量实例验证了提出的旋转轴误差测量与建模方法。结果表明: 利用所建模型计算的预测位置与实测位置的距离偏差平均值为9.6 μm, 最大值不超过15 μm; 利用所建模型补偿工件的在机测量结果后, 其平均值由32.5 μm减小到13.6 μm, 最大误差也由62.3 μm减小到18.6 μm。结果显示, 提出的测量方法操作简单, 自动化程度高; 模糊RBF神经网络的学习速度快、适应能力强、鲁棒性好, 能满足高度非线性、强耦合的旋转轴误差建模要求。

针对传统点结构光测量系统的标定方法难以满足远距离、高精度的测量需求，提出了一种基于单目视觉的两轴转台标定新方法。在激光测距仪绕旋转轴转动过程中利用标定墙和拦截面分别拦截激光射线形成激光光斑，通过单目视觉定位计算激光光斑的空间坐标，进而差分得到激光测距仪虚拟出光点的位置，最终拟合出旋转轴方向矢量和轴上定点坐标。利用虚拟出光点进行标定减少了激光光斑空间坐标误差对旋转轴标定的影响，大幅提高了转台的标定精度。在对转台的两个转轴精确标定的基础上，利用激光指向和测距信息可实时解算出目标三维坐标。实验证明，坐标测量中误差维持在0.5 mm以内，所提出的标定方法简单可靠，并适用于其他转台测量系统。

在基于偏振编码的BB84协议的量子密钥分发(QKD)系统中，偏振控制系统是关键的一个环节。为了能够高效快速地恢复并稳定因光纤链路抖动以及环境温度变化等因素而受损的偏振态，分析了电动偏振控制器（EPC）的性能，引入了旋转矩阵作为偏振控制器的Müller矩阵，提出了规避盲区的策略，设计了非理想情况下的实时偏振控制算法。该算法在局部控制过程中只使用两个控制自由度即可完成期望输出的偏振态，极大地提高了控制速度。仿真结果验证了算法的可行性。

偏振控制器（PC）是实现偏振控制算法的重要器件，也是量子密钥分发系统中的重要组成部分。提出了一种利用挤压器的相位与偏振态轨迹的旋转轴之间的关系来分析挤压型偏振控制器“极地盲区”问题的新方法。从理论上分析了此类偏振控制器的控制原理，推导出挤压器上相位变化与它的偏振态轨迹旋转轴之间相互影响的规律。基于以上特性，进一步分析了两个光纤挤压器级联的偏振控制器的“极地盲区”现象，即只有在极个别的输入偏振态才能实现任意偏振态输出，绝大多数的输入偏振态都有不能到达的区域。通过仿真和实验结果对比验证了理论分析的正确性，提出的一种规避盲区的偏振控制算法设计思路，可减少偏振控制的可变自由度。

本论文针对如何实现道威棱镜光轴与旋转轴平行，将道威棱镜转像理论与光学定心加工结合，提出了基于光学定心加工的道威棱镜组件装配方法。该方法根据道威棱镜旋转轴偏转时其出射光束发生变化的特性确定道威棱镜光轴，并通过车削的方式保证其镜筒外圆旋转轴与其光轴平行。本文具体提出两种道威棱镜组件定轴方案，分别为平行光管定轴方案以及激光定轴方案，此两种方案可有效保证道威棱镜反射面轴线(道威棱镜光轴)与旋转轴的平行度，定轴精度优于0.01 mm。

超拉曼散射涉及晶格振动, 因此它需要由动态张量来描述。根据坐标积与张量元在对称操作下的变换形式相同的原理, 通过C语言编程, 计算了属于不同不可约表示的动态张量, 并列出了含有五度旋转轴点群的三阶超拉曼张量。