在完善基于有限元分析的跨平台综合优化流程的基础上, 获得了反射镜最优结构参数,并通过21阶Zernike多项式面形拟合得到球差是导致反射镜形变过程中面形精度退化的主导像差模式.根据有限元优化得到的最优结构参数研制了第二块气动驱动渐变厚度变曲率反射镜样片(口径135 mm, 中心厚度8 mm, 初始曲率半径2 807 mm)并进行了曲率变化能力及面形精度保持试验研究.研制工艺的改进使本文所研制的变厚铝合金反射镜初始面形精度优于λ/80(632.8 nm), 当驱动气压达到约0.07 MPa时, 反射镜中心形变量接近37 μm并且去掉球差影响后的面形精度可以优于λ/40(632.8 nm).与前期所研制的第一块样片相比, 第二块样片的中心形变能力以及面形精度保持能力均显著提升.

以环形线负载驱动模型为基础, 分析了环形线负载驱动变曲率反射镜难以兼顾大中心形变与高精度面形保持的原因; 从薄板弹性理论出发, 得到了一种气动驱动变厚变曲率反射镜物理模型.理论分析表明, 将反射镜的厚度分布从等厚改为变厚, 并采用气压均匀驱动替代推力环环形驱动, 反射镜不仅能产生大的中心形变, 而且在形变过程中的面形精度也远高于环形线负载驱动变曲率反射镜的.基于超硬铝反射镜样片的试验验证了对变厚变曲率反射镜的理论分析; 试验中, 反射镜初始面形精度接近λ/50(632.8 nm), 施加0.032 MPa驱动气压产生约22 μm中心形变时, 反射镜面形精度依然优于λ/20(632.8 nm), 证明该气动驱动结合变厚设计这一技术具有较大的应用潜力.

波前编码作为一种经典的计算成像技术, 以能够大幅度拓展光学成像系统的焦深而闻名, 并得到了学术界及工业界长期的关注。实际上, 除了焦深的拓展, 波前编码还具备实现超分辨率成像的潜力, 而这在已有的研究中鲜有讨论。一方面, 相位掩膜板的引入在降低光学系统传递函数并使其对离焦不敏感的同时, 也有效降低了欠采样数字成像系统中的混叠效应, 从而提供了更适合于进行超分辨率重构的数据源。另一方面, 相位掩膜板所引起的点扩散函数支持域的巨大化效应使得以数字的方式、从采样间隔可以被认为是无限小的、理想的光学焦平面点扩散函数来计算与特定探测器物理像元大小相对应的采样点扩散函数成为可能。因此, 从这两个特点出发, 提出了一种为波前编码系统定制的、基于单帧图像放大的超分辨率重构算法, 并且研制了原型样机对超分辨率的效果进行了检验。试验表明: 焦距50 mm/F数4.5的Cooke三片系统除了焦深拓展超过20倍且具有接近衍射受限成像品质之外, 利用复原算法能够实现至少3倍的高品质超分辨率重建效果。

研究并分析了一种加权最小二乘曲面法, 将其用于空间目标天文观测, 该方法不仅简单方便, 而且还能够用于高准确度、大数据量的天文定位.通过实际星空观测, 对连续拍摄的星图进行分析计算, 结果表明, 拟合均方误差在赤经和赤纬方向均优于4″.赤纬的定位准确度高于赤经的定位准确度, 在赤经与赤纬方向上的最大定位误差分别为5.13″和1.74″.该方法降低了恒星位置误差对观测结果的影响, 剔除了定标星的偶然匹配误差, 提高了观测数据的利用率以及天文定位准确度, 在实际工作中有较高的应用价值.

在CCD星敏感器中,快速而可靠的星图识别算法成为星敏感器确定姿态的最关键部分。针对星图识别中误匹配点的存在,提出了一种新的剔除误匹配点的方法-累积偏差法,选取合适的判定阈值对实验数据进行筛选,并结合最小二乘曲面拟合法对实验数据进行误差分析,实验结果表明,采用此方法,可以很好地剔除星图识别中的误匹配点,在赤经(α)和赤纬(δ)方向拟合偏差平均值可达到5.2672″,星图正确匹配概率大大提高。