连续变焦镜头凸轮曲线压力升角优化设计是镜头性能的重要影响因素。结合镜头中凸轮驱动结构形式及力学理论，分析了凸轮曲线的压力升角对系统传动力矩的影响; 结合机械加工误差以及压力升角模型，提出凸轮曲线优化约束条件及优化原则; 同时借助Gauss函数的平滑特性，实现凸轮曲线沿垂直于光轴方向非均匀展宽的优化方法，抑制凸轮曲线的最大升角。结合Gauss函数寻优处理对某光学设计获得的变焦凸轮曲线进行优化，在约束条件限制下保证曲线平滑性，凸轮曲线压力升角的范围由0°~39.01°优化到15°~31.16°，最大升角降低了20.12%。结果表明,该方法能够有效地应用于凸轮变焦系统设计以提高系统的性能。

针对光电载荷对隔振性能的需求，提出一种采用菱形连杆机构作为负刚度组件，具有高静、低动刚度特点的非线性隔振器（简称菱形HSLDS隔振器）。采用静力学分析方法，建立了隔振器数学模型，研究了刚度参数设定以及非线性调节方法；利用谐波平衡法（HBM）求解动力学方程，分析了各参数对隔振性能的影响关系；采用动力学仿真软件ADAMS及实物样机对理论模型与结论进行了验证。测试结果表明：菱形HSLDS隔振器具有较方便的参数调整能力，零位刚度及刚度非线性可通过拉簧参数与连杆参数进行设定、优化，隔振的刚度非线性优化程度受主隔振器阻尼以及零位刚度参数影响。相比于传统线性隔振器，菱形HSLDS具有显著的非线性隔振优势，可较好地满足光电载荷隔振需求。

高精密红外靶标是红外成像领域的重点研究内容之一。基于张正友标定原理, 通过材料温度和表面辐射特性设计适合于红外标定的简便式精密靶标; 基于张正友标定方法的基本原理, 提出靶板设计的基本要素; 根据表面辐射机理、靶面特征点的几何位置关系及热力学原理, 设计高低辐射区域具有锐利分界线的靶板, 并借助成像原理分析靶板板面误差精度, 获得符合基本要素的简便式高精密靶标。对设计的靶标进行试验, 结果表明: 该靶板在较低温差载荷(相对于室温22 ℃)的作用下, 靶面高辐射区和低辐射区边界锐利, 能够为标定提供精确的特征点, 标定反投影均方根误差小于0.16 pixel, 适合于红外成像系统的高精密标校。

精确的光机分析是实现系统优化设计的前提。针对耦合场作用导致光机系统中光学元件面形发生非回转对称的变化, 提出了Zernike拟合的三维接口模型, 以提高光机分析数据转换精度, 实现耦合场作用下光机系统的高精密分析。对某光机系统进行重力和温度场耦合集成分析, 提取各光学面形变化的非对称分布, 并借助该三维接口模型在光学设计平台中对系统成像质量进行分析, 用于后期系统优化设计。结果表明该接口模型可应用于实际多场作用下的光机系统分析。

为提高光电稳瞄系统内框架结构动力学模型准确度和仿真分析效率, 提出了基于多种群遗传退火算法的结构动力学模型修正方法。以某光电稳瞄系统内框架为研究对象, 通过动力子结构法建立有限元模型, 对比模态测试结果, 采用多种群遗传退火算法及相关性分析对有限元模型进行修正, 得到全局优化下内框架轴承的六向刚度值, 并对修正后的模型进行了实验验证。结果表明, 有限元模型与实验结果能较好地匹配, 各阶模态相关性在0. 8以上, 频率误差在9. 05%以内, 计算效率提高95%以上。最终形成了高效可行的模型修正方案, 为光电稳瞄系统内框架结构设计提供了重要的参考。

结合超连续谱激光器光谱辐射特性及多色CCD信号传递转换机理, 建立了激光干扰多色CCD成像仿真模型。依据多色CCD工作原理, 理论分析了饱和串扰信号转移规律; 根据多色CCD结构, 借助光学专业设计软件实现CCD像面激光能量空间分布特性研究; 综合考虑饱和串扰信号转移规律及CCD像面激光能量空间分布, 建立了超连续谱激光干扰单色CCD饱和串扰效应仿真模型, 在此基础上结合多色CCD成像多色可视化原理, 实现超连续激光干扰多色CCD输出图像仿真。最后, 引入图像质量评价因子, 研究了不同激光能量对多色CCD输出图像质量的影响。实验结果表明: 激光功率密度是激光干扰效果的重要影响因子, 随着激光能量增大, 多色CCD输出图像质量下降。