为了设计出高分辨率空间相机的光学系统，研究了反射式光学系统中存在次镜对主镜的中心遮拦等问题。通过对共轴三反射光学系统结构参数和最终视场在像面上的分布情况的分析，提出了半视场、全视场和环形视场3种光学形式，设计了焦距为3000mm、F数为10的3种形式的共轴三反光学系统。设计结果表明：3种共轴三反光学系统在有效视场角内成像质量均接近衍射极限，可以满足高分辨率空间相机不同的使用要求，指出半视场共轴三反光学系统适合于线阵CCD推扫成像，全视场共轴三反光学系统可用于面阵CCD凝视成像，环形视场共轴三反光学系统可实现一台相机上全色和多光谱成像的要求。

对共轴卡塞格伦（Cassegrain）系统和偏瞳Cassegrain系统进行对比分析并指出其缺点．偏瞳Cassegrain系统的视场一般比较小，为增大视场、提高像质，提出将偏瞳两镜系统的次镜偏心和倾斜的方法，并用矢量像差理论简单分析了含有偏心与倾斜元件的系统的初级像差．结合实例分别设计出2种形式的光学系统．对比设计结果可以看出：该方法可以增大系统视场，提高像质，得到比较好的设计结果．

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱ccd的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000 mm、f数为12、成像谱段位于450～900 nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5％,在50 lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求.

应用有限元方法对背部支撑的主反射镜进行静力学分析．分别对三点支撑和九点支撑进行计算，得到主镜反射面的变形值．以齐次坐标变换法和最小二乘法为理论依据求解反射面变形的PV／RMS值．利用有限元分析软件提供的二次开发功能，编写计算程序，在软件内部调用该程序直接获得PV／RMS值，利用该值作为优化分析的目标函数，寻求背部支撑的最佳支撑点位置．

在三阶矢量波像差理论的基础上，建立了系统内失调量与系统波像差Zernike系数的关系式，并以共轴三反射光学系统为数学模型进行了仿真分析．结果表明，基于矢量波像差理论的装调技术可行，并可用于大型光学系统的装调．利用该理论对一共轴非球面三反系统进行装调，最终使系统波像差RMS〈0．080）λ．

通过对针孔像的处理和分析,获得了被测系统的光学传递函数,分析了采样频率对测试精度的影响,提出了用栅条板标定频率换算尺度和针孔像采样频率的方法.对50 mm焦距平凸标准物镜的测试结果表明,系统参数的标定和输入直接影响测试精度,采用本文提出的标定方法准确可靠,可以在测试组件参数未知的情况下,获得影响空间频率换算的参数,进而准确获得被测系统的光学传递函数.

本文利用有限元分析对均匀压力浮动支撑的以射进行了应力变形分析，利用优化方法计算了反射镜面变形的ＲＭＳ值，并给出了均匀压力浮动支撑的最佳接触角。

对使用轻质材料制作的轻量化空间光学反射镜的应用背景进行了阐述,并论述了轻量化技术的关键环节-镜体材料的选择;提出高轻量化率镜体的材料选择准则:将碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与铍(Be)、碳化硅(SiC)材料进行了综合比较和讨论,并针对CFRP材料的镜体结构进行了有限元仿真计算,最终选择了CFRP作为轻质空间光学反射镜的镜体材料.

从传像方式上给出了光锥的理论传递函数,并提出了利用星点像分析测试其MTF的方法,通过具体实验给出了MTF的测试结果.测试结果表明,合理的选取测试组件参数,可以得到光锥在较大频率范围内的光学传递函数(>100 lp/mm).从MTF趋势上看,测试结果与理论推导呈一致性.

开发了基于针孔像分析法的视频光学传递函数测试装置.测试装置采用CCD为像接收器件,通过针孔像分析,一次获得光学系统的二维传递函数.根据频谱分析理论,结合物频谱校正和空间频率对应等因素,研究了测试组件,包括针孔直径、准直物镜焦距、CCD像元尺寸和显微物镜放大倍数等参数设置对空间频率对应及测试精度的影响;采用胖零设置和多幅图像平均法降低噪音影响,根据各组件自身的传递函数修正其对测试精度的影响.50mm标准透镜的比对实验结果表明,采用本装置和本文建立的数据处理、误差校正方法,调制传递函数测试精度为±3%.