为指导遥感相机主次镜支撑桁架的设计，以满足整系统调制传递函数(MTF)为目标，分析系统各环节MTF对整机的影响，确定以光学衍射限传递函数为约束设计系统主体支撑结构。由在轨产品的实测MTF及装调、电子学的传递函数因子推出杆支撑条件下的光学衍射限传递函数最小值，指出光学软件不能全面评价遮拦对光学衍射限传递函数的影响，确定以光瞳函数计算不同遮拦时光学系统衍射限传递函数，得出三杆时杆直径最大为38 mm，四杆时杆直径最大为26 mm的遮拦分布。通过有限元计算两种结构布局下杆不同壁厚的系统静载变形及模态频率，认为直径26 mm、壁厚4 mm的四杆结构，支撑结构质量从现有40 kg减至4 kg，静载变形水平放置25 μm、竖直放置0.85 μm，系统基频98.9 Hz，一阶扭转频率183 Hz，满足卫星载荷设计要求。

The wavefront coding technique is used to enlarge the depth of field (DOF) of incoherent imaging systems.The key to wavefront coding lies in the design of suitable phase masks. To date, numerous kinds of phase masks are proposed. However, further understanding is needed regarding phase mask with its phase function being in a standard sinusoidal form. Therefore, the characteristics of such a phase mask are studied in this letter. Deriving the defocused optical transfer function (OTF) analytically proves that the standard sinusoidal phase mask is effective in extending the DOF, and actual experiments confirm the numerical results. At the same time, with the Fisher information as a criterion, the standard sinusoidal phase mask shows a higher tolerance to focus errors (especially severe focus errors) than the classical cubic phase mask.

为了研究使用联合变换相关器(JTC)测量空间相机的亚像元像移时CCD离焦对像移测量精度的影响，基于菲涅耳衍射理论，推导了离焦引起的二次相位因子。分别通过计算机仿真和实验，研究了对JTC使用功率谱相减并以0值为门限二值化的处理方法时，离焦对像移测量精度的影响程度。结果表明，当离焦量小于透镜焦距的5%时，由此引起的像移测量误差不大于10%，具有较好的稳健性；继续增加离焦量，则像移测量误差会呈非线性显著增加。研究结果为解决空间相机像移的在轨准确测量问题提供了有益的探索和参考。

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机的亚像元像移，使用了光学联合变换相关器(JTC)对安装在相机焦面上的辅助面阵CCD采集到的相邻两帧图像进行相关运算。给出了使用该方法测量像移的原理，搭建了实现JTC的光学实验平台，对JTC测量相机像移的性能进行了实验研究。结果表明，使用JTC完全可以测量空间相机的亚像元像移，并且像移测量精度不随所拍摄景物的内容变化。测量误差服从均值为0的正态分布，在显著性水平为0.05下，像移测量误差的均方差不大于0.12 pixel，完全满足空间相机的使用要求。

非球面光学元件检测中，获得准确的面形信息是实现元件确定性制造的关键因素之一。在无像差点法检测离轴非球面中，为了实现反射镜的高精度检测，对其干涉检测结果中的误差信息进行了分析。利用偏心光学系统的波像差分析方法，分析了在非球面检测系统中，被测镜的调整误差对系统波像差的影响，建立了调整误差分离的数学模型。利用该模型对离轴非球面反射镜进行实际的调装实验，经过四次调整，被测离轴二次非球面的最终检测的方均根结果为0.037λ (λ=0.6328 μm)，有效地提高了检测效率。

从共轴三反射系统的基本理论出发，通过偏瞳和偏视场相结合的方式设计了一个圆视场离轴三反射光学系统，全视场为5°，焦距f=5000 mm。从像质评价结果可以看出，系统成像质量接近衍射极限，满足指标要求。在设计中考虑到了实际工程应用中的部分问题，可以为长焦距大视场航天相机系统设计提供参考。

随着空间光学技术的不断发展，时间延时积分电荷耦合器件(TDICCD)相机得到了广泛的应用，TDICCD图像传感器的应用不仅提高了相机系统的信噪比而且使相机的光机结构更加紧凑，但光学系统的畸变在推扫过程中会造成像移，并最终导致图像模糊，因此对光学系统的设计提出了新的要求。分析了光学系统畸变对TDICCD推扫成像时的影响，研究了空间相机光学系统设计中消除畸变的方法，并进行了光学系统设计。设计了谱段位于450~900 nm，焦距f=6000 mm，F数为10的三反射消畸变光学系统。设计结果表明，当光学系统视场角为1.6°时，光学系统的畸变量小于0.01%，当面中心遮拦为0.06时，Nyquist频率(50 lp/mm)处调制传递函数优于0.50，成像质量达到衍射极限，可以满足高分辨率TDICCD空间相机的使用要求。该光学系也适用于多光谱、立体成像和立体测绘等对光学系统畸变有严格要求的相机系统。

光学联合变换相关方法是进行空间相机像移测量的有效技术途径。在给出该方法测量像移基本原理的基础上，利用半实物静态仿真实验装置对该方法的测量精度和性能进行了分析和评估。通过对仿真序列影像的测试结果表明实验装置在沿航和穿航方向的像移测量精度均能满足空间相机对像移测量低于0.2 pixel的要求。分析了寻质心窗口尺寸对互相关峰位置确定精度的影响，并提出采用强度权重质心法替代传统质心算法，不仅降低了测量精度对寻质心窗口尺寸的敏感性，而且进一步提高了像移测量的精度。

高分辨率光电探测相机探测能力的提高受杂散光的限制, 杂散光在很大程度上决定了探测能力的底限。由于光学系统的杂散光受到诸多因素影响, 必须在最终指标上进行测试, 如: 点源透射率(PST), 用于全系统性能指标控制。利用星模拟器超大动态范围的光辐射输出, 设计了一台光学系统杂散光PST测试设备, 解决了单个探测器动态范围无法覆盖108的问题; 在一定信噪比下, 分析了电子倍增CCD杂散光PST测试能力。经分析杂散光PST测试范围可达到10-2～10-8, 满足高分辨率光电探测相机杂散光测试的要求。

Hybrid opto-digital joint transform correlator (HODJTC) is effective for image motion measurement, but it is different from the traditional joint transform correlator because it only has one optical transform and the joint power spectrum is directly input into a digital processing unit to compute the image shift. The local cross-correlation image can be directly obtained by adopting a local Fourier transform operator. After the pixel-level location of cross-correlation peak is initially obtained, the up-sampling technique is introduced to relocate the peak in even higher accuracy. With signal-to-noise ratio ≥ 20 dB, up-sampling factor k ≥ 10 and the maximum image shift ≤ 60 pixels, the root-mean-square error of motion measurement accuracy can be controlled below 0.05 pixels.