针对当前45°镜转扫模式的无人机机载激光雷达扫描效率低、视场角小的问题，提出一种四面塔镜扫描高精度三维成像方法。首先，设计一种面向无人机载激光雷达扫描的四面塔镜结构；其次，建立四面塔镜扫描成像模型，推导四面塔镜扫描坐标方程；再次，分析四面塔镜的轨迹特点和影响因素，并与45°镜的扫描轨迹进行对比；最后，通过实验对比四面塔镜和45°镜扫描无人机机载激光雷达获取的三维激光点云质量。结果表明，在相同转速下四面塔镜的扫描效率为45°镜的三倍以上，扫描点云密度高、厚度小、穿透性好，在高精度地形测绘中具有广泛应用前景。

传统的激光打孔方式效率低、速度慢，而应用激光高速转镜制备医用钛合金微孔模板可以在百秒内制备上万个微孔结构。为此，对高速转镜制备医用钛合金微孔模板进行了研究，探究了激光参数、转镜扫描速度对打孔孔径、深度、锥度、孔形貌的影响，当高重复频率激光功率达到500 W时，钻孔孔直径可达100 μm，深度为156 μm，锥度趋于0。高转镜扫描速度最大可达1000 m/s，加工前确定孔距、行距等相关参数，加工效率可达万孔每秒。另外，为增大加工孔径，提出一种优化加工工艺技术，对常规转镜旋转扫描时需要进行校正的转镜扫描位置偏差进行利用。此方法可使最终孔直径达到150 μm，对生物涂层材料及药物沉积钛合金微孔模板更有益处。

叙述了棱镜转像机构的原理, 设计了与高速转镜相机匹配的别汉棱镜转像机构, 并将其作为超高速转镜相机的固定组成部分, FJZ-250型转镜分幅和SJZ-15型转镜扫描相机通用。高速转镜相机中增配转像机构后, 对目标成像360°连续可调, 解决了多台相机同步使用时, 爆轰装置不同研究方向的测试问题, 对实验数据的获得及系统外场目标调试起了很大的作用, 极大方便了相机的使用。经像质检测及动态实验结果表明: 转镜式高速相机增配别汉棱镜转像机构后, 对相机光学系统成像质量不受影响, 甚至略有提高。

为了研究高速飞行弹丸的运动姿态问题, 提出转镜同步跟踪技术。在高速CCD相机主光轴方向放置一面转镜, 将弹道线位置上飞行弹丸的运动姿态反射到高速CCD相机内实现同步跟踪。设计了基于高速CCD相机视场中点的转镜跟踪系统, 建立了弹丸和转镜的运动模型, 并利用MATLAB软件得到了其随时间变化的曲线, 分析了相机和转镜空间位置对成像质量的影响。针对参数H=200 m, V=100 m/s, 对系统存在的误差进行了分析, 结果表明该系统可以实现对高速弹丸的同步跟踪。

转镜透射式傅里叶光谱仪具有可靠性高、光谱分辨率高、测试速度快等优点,但在正常匀速转动扫描光程差的情况下,存在光程差的非线性问题。针对转镜透射式傅里叶光谱仪的光程差的扫描非线性问题进行了分析,提出了一种光程差非线性数学计算模型,建立了转镜光程差方程,并进行了MATLAB仿真分析。通过速度反馈电机控制转镜匀速旋转时,根据本文的非线性光程差方程可获得等光程差对应的时间非均匀关系,从而可实现时间的非均匀采样,并反演出准确光谱,而不必采用稳频氦氖激光器触发采样,可以节省成本和减小仪器的体积与重量。

基于高速CCD相机主光轴的转镜弹道同步跟踪系统，研究了高速飞行弹丸飞行姿态和飞行速度的问题，利用转镜的反射原理和转镜运动规律，建立了转镜随弹丸运动的时空关系模型和转镜运动参数的数学模型，并推导转镜运动参数与弹丸飞行速度和弹道距转镜中心垂直高度之间的数学关系；在理论分析的基础上，用MATLAB分析了转镜视场内的弹道宽度随时间变化的规律以及转镜转角和角加速度随时间变化的规律，得到在某一时刻转镜视场的大小以及转镜参数的变化曲线；给出了转镜尺寸、扫描速率曲线和最大离散速度等主要参数的计算方法，分析了它们对整个跟踪系统的影响。针对系统设置参数为h=150 m,v=300 m/s时进行仿真，仿真结果表明本系统可实现对高速弹丸的同步跟踪。

采用光路展开法, 利用调制度与相位误差两种判据, 分析平行转镜在转动过程中的晃动、平行转镜的平行度、定镜的倾斜误差以及视场角等因素对平行转镜式光谱仪误差容限的影响.分析表明：平行转镜的晃动是平行转镜式光谱仪最重要的影响因素, 但由于平行转镜的连续快速转动, 惯性的作用会显著降低转动过程中的晃动影响；系统对平行转镜的平行度不敏感, 对定镜的倾斜与视场角的误差容限与传统迈克尔逊式光谱仪相同.相对于传统直线往复运动式的光谱仪, 平行转镜式光谱仪具有更高的探测速度与稳定性.同时, 误差容限分析也为该光谱仪的系统设计与装调提供了理论指导.

为了提高转镜式高速摄影机测量弹丸运动轨迹的精度，本文通过合理假设和理论推导，依据弹丸外弹道飞行运动模型得到了弹丸飞行过程的数学模型。结合室内检测条件，设计了用于转镜式高速摄影机角跟踪精度的检测装置并分析了测试原理。用该设备实测了转镜式高速摄影机的角跟踪精度，并对检测装置的测量不确定度来源进行了分析。结果显示：被测转镜式高速摄影机的角跟踪精度为（0.34±0.06）°，检测装置的相对不确定度为3.0″；不确定度来源主要为角度测量不确定度和焦距测量不确定度。实验结果表明，设计的检测装置具有较高的准确度和可靠性。

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术具有加载压力高、加载过程温升低及样品体积大等特点，在材料高压物性、新材料高压合成及超强磁场下的凝聚态物理等多个领域都具有广阔的应用前景。叙述了超高速摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用，用超高速分幅摄影和扫描摄影技术首次拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程具有高时空分辨的一维和二维图像，成功观察到柱面套筒内爆整个压缩和反弹过程以及压缩过程中的界面不稳定性现象，获得了该过程的压缩直径随时间连续变化曲线，由此计算出柱面套筒内爆强磁场压缩速度。该实验数据对于炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术研究具有重要的指导意义。