导弹、炮弹等武器飞行的外弹道及姿态等参数是武器试验鉴定及故障分析的基本依据。武器试验靶场一般利用布置在若干固定点位上的多台光电经纬仪或高速摄影(像)机等光学测量设备，分别对目标进行跟踪拍摄，多站交会测量目标的外弹道与姿态等参数。但这种固定式测量方式作用范围有限，不能灵活机动布站，为了满足具有大航程、长航时、机动性强等特点的现代武器的观测需求，靶场光学测量方式正逐步从固定式向机动式发展，如车载经纬仪采用机动布站、定点测量方式，机载光测设备直接采用机动测量方式。然而，在这些车载、机载平台上利用光学设备对运动目标实施观测还存在一些困难，其中主要有：车载经纬仪根据测量任务设置站点，其地基无法保证像固定站点般稳固，使得车载平台较易产生晃动，导致车载经纬仪难以获得高精度的测量结果；受飞机自身结构、尺寸等限制，在单架飞机上通常不能形成有效的多站交会条件，使用多机联合测量的成本又过高，现有条件下只能利用机载光测设备对运动目标跟踪拍摄，记录其飞行过程，无法测量目标的外弹道与姿态。这两个困难引申出了摄影(像)测量技术的两类基本理论问题：一类是在晃动平台(不稳定平台)上观测运动目标的问题，另一类是在机动平台上利用单站光测设备获取运动目标的轨迹与姿态的问题。本文统称这些在晃动和机动平台上利用光测设备对目标实施观测的问题为动平台光学测量问题。针对在上述动平台上实施光学测量的问题，本文分别提出了不稳定测量平台的静态基准转换方法解决平台晃动引起的车载经纬仪测量误差的问题，以及单目运动轨迹交会方法解决机动平台上单站光测设备对目标定位与定姿的问题，为解决目前国内靶场动平台上光测设备只能观察记录，不能高精度测量等问题提供了新的技术手段，也可适用于其它领域的类似测量问题，如不稳定测量平台的静态基准转换方法可应用于船体变形测量、机动雷达水平误差修正等领域，单目运动轨迹交会方法可应用于坦克对移动目标的定位等领域。论文的主要工作及创新点如下：1.针对不稳定平台上的观测设备无法对运动目标实施高精度测量的问题，提出了一种基于传递像机的不稳定测量平台的静态基准转换方法。该方法通过构造一个静态基准，采用摄像测量方法，建立不稳定测量平台与静态基准的关系，消除平台不稳定引起的观测设备测量误差，即相当于将不稳定测量平台转换到一个静态基准上。该方法的基本要素包括：测量不稳定平台的晃动量，如可将固定在地面上的合作标志物作为静态基准，利用安装在不稳定平台上的传递像机拍摄这个静态基准来获得该晃动量，也可以将传递像机置于地面上作为静态基准，拍摄固定在不稳定平台上的标志物来获得这个晃动量；标定传递像机与平台，或标志物与平台间的固联关系。2.将不稳定测量平台的静态基准转换方法应用于靶场的车载经纬仪等设备，设计了一种车载经纬仪动态误差测量与修正系统，解决了合作特征受遮挡、出视场等受干扰情况时的位姿估计、车载经纬仪的车载平台与像机固定关系标定、经纬仪测角数据误差修正等实际工程问题，在车载经纬仪上完成了一系列验证实验和实测任务实验，得到了实测过程中两种不同型号的车载经纬仪平台姿态变化量，据此修正了多次任务中车载经纬仪的测角数据，提高了利用多站测角数据交会获得的三维外弹道数据的精度。3.利用现有的位姿估计方法测量车载经纬仪晃动时，对合作标志上特征的空间几何关系测量精度以及像机参数标定精度都有较高的要求，在车载经纬仪动态误差测量与修正系统的实施过程中不易满足。为此，提出了一种简化配置条件下车载平台姿态变化的测量方法。该方法通过两组垂直布置的测量单元(每个测量单元由一台像机和两个合作特征点组成)分别对平台两个方向上的高低和方位变化进行测量，进而得到平台的三维姿态变化量。4.针对在飞机等机动平台上光测设备对目标单站定位的问题，提出和完善了一种运动单像机对运动目标定位的方法，即单目运动轨迹交会法。该方法突破了传统摄像测量的点交会模式，用参数化方程描述某一时间段内目标的运动轨迹，通过直接求解线性方程组得到目标运动轨迹方程参数，进而得到目标的三维位置、速度、加速度等运动参数。推导了该方法有解的充分必要条件，给出了目标轨迹方程最优阶次的确定方法，以及该方程能够最优描述的目标轨迹的时间段长度的确定方法。5.针对在飞机等机动平台上光测设备对目标单站定姿的问题，在单目运动轨迹交会法的基础上，提出了一种单目运动像机对运动目标的定姿方法。该方法通过对目标上的若干特征点进行跟踪测量，先获取其三维运动轨迹，再根据这些特征点的相互关系，解算目标的三维姿态变化，并以这些特征点的间距不变等约束条件为准则优化目标姿态结果。