为了优化中小型圆形反射镜在加工、镀膜、装调等阶段的检测中所需的支撑结构，以v型块支撑工作原理设计了支撑位置及支撑点夹角均可调整的分体式支撑。利用有限元方法得到TMA系统中φ136mm非球面次镜面形随支撑点夹角的变化趋势，并根据趋势曲线，确定支撑点夹角为100。状态下，分体式支撑结构引起的镜面面形变化最小（RMS=0．57nm）。利用干涉仪结合补偿器的检测方式，对分体式支撑在不同的支撑点夹角下的镜面面形进行检测。所得结果与有限元方法得到的镜面面形随支撑点夹角变化趋势与试验结果相符，且在100。时分体式支撑引起的镜面面形变化（RMS=0．015wave）明显优于其他角度。再以不同的镜坯材料及反射镜直径尺寸进行仿真对比，结果表明：镜面面形随支撑点夹角的变化趋势与反射镜材料和尺寸无关，趋势曲线幅值随材料弹性模量和反

简述了空间遥感器设计中反射镜材料选择的重要性及影响。 对SiC和SiC/Al复合材料与常用光学材料的空间应用综合品质因子进行了比较，SiC 材料的综合品质因子为 8 072.92， 高体分 SiC/Al复合材料的综合品质因子为 1 687.50。 并对高体分 SiC/Al 复合材料应用在反射镜上的光学性能进行了检测。 检测结果得出材料的表面粗糙度能够达到 1.49 nm，小于 5 nm；反射率达到 95%以上，能够满足反射镜的性能要求。 对采用高体分 SiC/Al 复合材料作为反射镜和背板材料的相机结构进行分析。分析结果得出整体结构前三阶模态为 115 Hz，120 Hz，203 Hz， 满足空间遥感器大于 100 Hz 的技术要求，各反射镜的面形精度满足 RMS≤1/50 λ（λ=632.8 nm）的技术要求。 各项测试数据和有限元分析结果表明，高体份 SiC/Al 复合材料作为反射镜在空间光学中应用是可行的。

为了便于调试CCD成像系统以及检测系统接口的可靠性，基于CCD扫描成像原理设计了功能特点各异的几种自校图形来模拟CCD图像数据。作为数据模拟源，自校图形具有类似线阵CCD推扫成像的动态滚动特性，同时图形灰度等级变化明显，且在x和y方向上均有灰度梯度。以鉴别率图形为例，阐述了自校图形的设计思想、代码实现及仿真验证过程。设计选用VHDL编程通过现场可编程逻辑阵列（FPGA）来实现，应用TEXTIO功能通过Modelsim仿真将自校图形数据导出到文本，然后调用MATLAB读取文本并显示图形以验证设计的正确性。几个自校图形在CCD遥感相机成像系统中得到了应用，共占用了约5％的逻辑资源。应用结果显示，自校图形能及时检测出通讯和数传模块所出现的异常并能判断分析问题根源。

针对用于目标跟踪的大视场CCD相机的特殊结构,为了获得高质量图像,提出了一种基于电子快门无级调节的自动调光方法,即通过实时调整CCD相机的曝光时间来实现快速、高精度调光。文中提出了多区域灰度加权的图像灰度均值提取方法,消除了因大视场CCD相机背景图像数据过多而给自动调光带来的影响。系统采用FPGA内置RAM,通过乒乓缓存策略保证调光算法的实时性。通过对CCD相机的辐射定标和外景成像实验表明：该调光方法在辐亮度为25.697～260.548W/m2.sr区间内具有良好的图像质量,不仅满足调光速度快、实时性好、适应性强的要求,而且与无调光模式工作状态比较,CCD相机的动态范围增大了20倍,满足调光范围宽的要求。

建立了TDICCD相机系统的噪声模型，分析了TDICCD视频信号读出复位噪声的产生机理，讨论了相关双采样技术的工作原理；给出了TDICCD相机视频处理电路各个组成部分的设计，并进行了分析。在此基础上设计了科学级TDICCD相机。实验结果表明，该视频处理电路在本身引入噪声较小的同时，有效地抑制了暗电流噪声、复位噪声、1／f噪声等，数据输出速率在55MHz时，整机信噪比（S／N）在50dB以上。

对反射镜组件力学模型的非线性问题进行了分析。从接触特性，螺钉预紧力、相对滑动趋势三个方面对接触非线性问题进行了论述。对反射镜组件四种工况情况（沿光轴的不同方向的重力载荷、10℃温度水平的温升与温降）进行了线性和非线性求解计算的比较。结果表明，当外界载荷方向发生变化时，接触边界的接触特性、螺钉预紧力对反射镜面形的影响都会发生变化，这些变化在线性计算结果中不能体现，而非线性计算可以真实模拟这些状态。在反射镜组件的工程分析中基于接触非线性分析比线性分析的精度更高，也更接近真实的状态。

根据负压吸附导轨的工作原理,利用流体力学的性质,系统地建立了导轨的承载能力和气膜厚度的数学模型,得出4个结构参数、气源气压与承载能力和气膜厚度的关系.最后通过实验证明了该导轨气膜厚度在1～3 μm时,刚度稳定,最大变化量约为10%,且计算刚度与试验刚度的误差小于12%,能够适用于高精密器械的移动元件或承载元件.

利用临界角法检焦具有分辨力高、损失光能小、结构简单、系统调试容易的特点设计了亚微米级检焦系统。介绍了临界角法离焦检测的基本原理，通过合理假设，利用菲涅尔公式和高斯光学公式得到了离焦误差信号的计算公式。实验采用单光路临界角法，利用HeNe激光器、临界角棱镜、四象限光电探测器、信号采样电路、数据采集卡等元器件组成离焦检测系统，实现离焦信号的提取；通过数字滤波、归一化处理等技术得到离焦误差信号（FES），以此获得FES的大小和变化趋势与离焦量的关系曲线。实验表明，临界角法探焦系统静态分辨力〈15nm、线性范围可达±4μm，满足亚微米级检焦系统的设计要求。

针对压电陶瓷输出位移过小的缺点,采用AE0505D16型层叠式PZT器件作为驱动器,柔性铰链作为导向机构,设计了一种超精密压电式微位移机构.该机构输出位移由原来的11.6 μm增加到100 μm,能够满足许多长行程、超精定位运动的需要.对此微位移机构进行定位准确度测试,将它作为位移补偿装置安装于精密滚珠丝杠副驱动的机床上,机床定位误差由原来的1μm降低到0.01 μm,定位准确度得到显著提高.

根据反射镜拼接型CCD相机拍摄影像时发生渐晕的灰度分布特点,提出了一种基于最速下降法的曲面拟合方法,以消除渐晕现象。对反射镜渐晕的物理模型进行分析,通过仿真提出了一种二维曲面模型来拟合图像灰度补偿算法,推导Hesse矩阵的相关系数,通过Hesse矩阵逐次迭代收敛,最终获得二维曲面的相关参数值。仿真结果表明,上述方法能够有效估计出不规则二维曲面的相关参数。通过对实际影像的处理结果表明,本文方法能够有效去除影像的渐晕现象,改善图像质量,在测试平台上对有效像素为782×582的单面阵CCD实验影片进行处理,程序运行时间为24ms,可见,本文算法完全满足实际工程需要。由于该方法不需要相关的光学和几何参数,因此具有广泛的适用性。