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。

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.

介绍了一种新型的空间望远镜，通过改变光学系统焦距，可以提高任意感兴趣视场的成像分辨率。光学系统有四个反射镜组成，包括两个静态非球面反射镜和两个面形动态可调非球面反射镜.通过改变两个可变形反射镜的面形，系统焦距可以在399 mm到558 mm范围内进行动态调整.和机械式变焦系统相比，此主动变焦系统避免了光学元件的精密移动，有效减少反应时间。分析了此系统的成像质量，给出了0°、0.51°、0.7°不同视场的弥散斑：1.6 μm、1.0 μm、1.7 μm，及传递函数：在68 lp/mm 时，MTF曲线值大于0.7.此新型成像技术还可以有效减少数据传输链带宽需求，在遥感领域具有广阔的应用前景.

大到天文光学望远镜观察浩瀚的宇宙, 小到光学显微镜探察细微的纳米世界, 光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着至关重要的角色. 看得更远、看得更细、看得更清楚是人们不断追求的目标. 传统光学理论已证明所有经典光学系统都是一个衍射受限系统, 即光学系统空间分辨率的物理极限是由光的波长和系统的相对孔径（或数值孔径）决定的. 能否突破这个极限？能否不断提高光学系统的成像分辨率？围绕着这个问题, 本文综述了近年来开展的各种光学高分辨和超分辨成像技术, 及其在空间探测和生物领域中的应用.

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。

利用零补偿器实施离轴非球面元件面形的干涉检测中，为了实现反射镜的高准确度检测，对其干涉结果中的误差信息进行了分析.根据零补偿器的补偿原理，提出一种新的调整误差分离方法，建立了离轴非球面补偿检验的调整误差分离模型，并利用该模型对一块离轴非球面反射镜进行了仿真实验.调整前由调整误差引入的波像差为0.2332λRMS(λ=632.8 nm)，根据仿真结果调整后的波像差为0.0026λRMS,表明该方法具有较高的准确度，可有效提高检测效率.