根据某型号空间遥感相机的技术指标要求, 对成像单元进行了详细的设计与分析。首先, 给出了一种小体积、轻质量、高稳定性成像单元的结构形式; 其次, 针对遥感相机电子学设备在轨工作的复杂工况, 提出了成像单元防护性设计方法, 对大功耗元器件设计了主动热控措施; 最后用有限元法对成像单元进行了详细分析, 分析结果表明, 成像单元一阶模态为184 Hz, 远大于遥感相机基频106 Hz, 具有较好的动态性能; 成像单元在自重、±25 ℃工况条件下, 力学及热稳定性较高。对成像单元进行了力学和热光学试验, 力学试验结果表明成像单元的一阶频率为185 Hz, 与理论分析结果一致性较好, 热光学试验结果表明: 成像单元对整机热光学性能影响很小, 各项指标均满足设计要求。

为了克服机载光电有效载荷(可见光摄像机和红外热像仪)各自独立、焦距过短的缺点，着重对可见光/红外共口径系统关键技术进行了研究。采用可见光、中波红外双波段共用主次镜的光学结构，可见光和红外焦距分别为1 500 mm和750 mm。选用合适的光学材料、合理的支撑方式，对系统反射镜支撑组件进行了静力学、动力学建模，优化了结构形式。采用光机热集成分析方法，指导、评价和优化光机系统设计过程，提高结构固有频率，增强系统热稳定性适应范围。系统结构设计基频大于200 Hz，在±5 ℃均匀温变工况和重力作用下，反射镜面形PV值小于λ/10，RMS值小于λ/40，光学系统传递函数(MTF)达到0.38。结果表明，采用该方法设计的光机结构固有频率高，重力及热耦合变形、抗振性能等方面均能满足要求，系统具有良好的成像质量。

为了降低航空光电侦察设备的整体质量，减小反射镜在复杂航空环境下的面形变化，利用有限元方法对某长条形反射镜组件结构进行了优化。首先，计算轻量化反射镜所需的支撑点数量，并对支撑点的位置进行优化。接着，为了解决温度变化时组件材料线胀系数不匹配带来的热变形问题，在支撑结构中引入了柔性铰链，并对柔性铰链参数进行了优化。最后，对反射镜组件进行面形精度分析，得到反射镜RMS为20.3 nm，小于1/30λ(λ=632.8 nm)；对组件进行模态分析及试验，得到一阶固有频率分别为138 Hz和162 Hz，满足设计指标要求，分析及试验结果表明了该反射镜的支撑结构合理可行。

为了提高高马赫飞行下光学窗口的光学性能，对比分析了基于气动光学效应三种飞行器模型不同攻角的马赫数场、密度场、温度场和压力场的流场结构及对光学性能的影响。首先, 根据飞行器与来流的迎风面，建立了三种飞行器典型模型；继而, 给出了0°、5°和10°攻角飞行工况；然后,建立了基于Navier-Stokes方程和湍流模型的三种攻角流场分布；最后, 对比分析了宽平头体飞行器中三种攻角温度场作用下的光学系统传递函数。结果表明，马赫数场与密度场、温度场与压力场分别具有相似分布形式；相同飞行速度和攻角下，大迎风面的飞行器光学窗口周围温度与压力较小迎风面大；相同飞行器，较大攻角对应较大流场强度，攻角为0°、5°和10°时传递函数分别为0.188，0.097和0.028。此分析结果可为高马赫飞行下光学窗口优化提供一定的理论依据。

为了解决变压器气相色谱分析法故障诊断中存在的操作繁琐、消耗待测气体和载气、检测周期长等缺点, 提出了利用光声光谱技术检测变压器油中CH4, C2H2, C2H4, C2H6, H2五种特征气体的含量并计算C2H2/C2H4, CH4/H2, C2H4/C2H6三对比值数据。将五种SVM类型和四种核函数采用交叉组合建立20种不同的支持向量机模型, 并采用启发式算法对于惩罚因子c和g的取值进行参数寻优, 以建立变压器故障诊断准确率最高、最快运行速度的支持向量机模型。启发式算法主要对比研究了粒子群算法和遗传算法在寻优精度与速度上的效果。仿真实验结果表明C-SVC模型、RBF核函数、遗传算法寻优构成的支持向量机模型对变压器故障的诊断准确率最高, 测试集达到97.5%, 训练集达到98.333 3%, 并且遗传算法的寻优速度快于粒子群算法2倍左右。该方法具有操作简单、非接触性测量、不消耗载气、检测周期短、稳定性和灵敏度高等优点。可以代替传统的气相色谱分析法进行变压器故障诊断, 满足变压器故障诊断的实际工程需要。

在动基座光电稳定平台伺服系统中引入了加速度反馈闭环以提高其动态性能。考虑准确建立动基座光电稳定平台控制对象模型难度很大，该加速度反馈闭环没有基于控制对象模型，而是通过直接测量角加速度信号来实现。仿真、分析结果表明，加速度反馈闭环的引入有效提高了伺服系统动态力矩刚度，并改善了伺服系统起动、制动性能。引入加速度反馈闭环后，动基座光电稳定平台伺服系统对摩擦力矩抑制能力明显提高; 对周期性扰动抑制能力提高了9.3 dB; 对速度阶跃响应超调量降低了4.9%，同时过渡过程也有极大的改善。该伺服系统不仅结构简单，鲁棒性强，且有较好的通用性。

针对某变焦光学镜头在宽工作温度(-40～+55 ℃)下光轴与安装基面的平行度变化容限小(≤02 mrad)的特点，利用UG软件的高级仿真模块设计了主镜筒及其支架的安装方式，得到了不同情况下主镜筒的变形分布图。提出了一种光轴变化量的估算方法，间接估算出其光轴变化量，从而优化得到了合理的镜头结构方式。实物镜头的光学传递函数检测及振动试验结果显示，调制传递函数值高于02，结构基频为117 Hz。结果表明：系统成像稳定清晰,变焦镜头结构优化设计合理。

为了提高钢圈反射式光栅的测量精度, 设计了光栅信号补偿系统, 分别对光栅信号的幅值、直流电平和相位进行了补偿, 补偿后两路光栅信号的正交性得到了改善。首先, 根据钢圈反射式光栅提取信号的方式建立光栅信号电子学处理系统。然后, 分别从幅值、直流电平和相位等3方面提出系统的补偿算法。以8 192 lp/mm的钢圈反射式光栅为平台, 以实际的精度检测结果为评判依据, 对提出的信号补偿系统进行了实验验证。结果表明, 补偿后的光栅精度比补偿前提高了2.28″, 提高幅度达到50%。实验结果验证了光栅信号补偿方案的可行性。

研究了离心式涂胶工艺理论以实现在凹球面内表面涂布厚度均匀的光刻胶。首先, 讨论了影响膜厚均匀性的主要因素; 接着, 用流体力学理论分析了离心式开口向下球面涂胶过程中胶液的受力流动状态, 建立了出胶膜厚度与离心机转速、胶液粘度、旋涂时间等参数关系的数学模型; 最后, 为了验证理论的正确性, 在口径φ120 mm, 凹球面半径300 mm, 矢高12.5 mm的K9玻璃试验件内表面开展涂胶工艺实验。测试分析结果表明, 该理论分析模型与实际情况相符, 根据理论分析采用主轴与工件旋转轴偏心的装夹方法, 在整个球面内表面可以得到厚度均匀的胶膜。当光刻胶黏度为1.1~1.9 Pa, 主轴转速为3 000~6 000 r/min时, 可在凹球面上涂布厚度为0.5~1 μm的均匀胶膜。

为减小振动对机载光电侦察平台成像质量和稳定精度的影响，对光电平台进行了复合减振设计。分析了复合减振原理，针对以往单级隔振系统存在的缺点在平台内框架和外框架之间设计了二级减振系统，更加有效地隔离了外框架传递到内框架上的振动。采用二维参数优化方法计算出了复合减振系统的最优固有频率比fopt为1.43，最优阻尼比ζopt为0.243。最后，通过振动试验验证了光电平台复合减振效果。与以往单级隔振系统相比，复合减振系统的最大振动传递率降低了50%，振动传递率小于1的频率范围更宽，高频时传递率的衰减程度也大大优于单级隔振系统。得到的结果表明了光电平台复合减振设计的合理性和有效性。