为保证大口径离轴三反消像散（Three-Mirror Anastigmat，TMA）光学系统在轨成像质量，探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理，以矢量像差理论为基础，用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差，并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现，位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散；提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式，以系统出瞳波像差RMS值为评价标准，构建离轴TMA系统像差补偿模型，利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明：系统主镜存在0.5λ像散与彗差时，所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ；系统三镜存在0.05λ像散与彗差时，可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ，且当三镜面形误差在（−0.03λ，0.03λ）范围内时，可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值，使系统成像质量满足要求，为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。

气流扰动是决定大口径、长焦距光学系统波前检测精度的重要因素，进而影响光学系统装调的效率和质量。针对该问题，提出采取主动随机送风来抑制气流扰动对波前检测的影响。实验结果表明，通过主动随机送风，可以提高系统波前检测的稳定性，Zernike系数测量结果标准差由0.04降低到0.01以下。进一步地，在主动随机送风条件下完成了一个0.5 m有效通光口径，6 m焦距的离轴三反消像散光学系统的计算机辅助装调。经过两轮迭代，系统波像差RMS平均值由0.49λ降低到0.086λ，满足系统像质要求。通过主动随机送风可以有效地抑制气流扰动对大口径、长焦距光学系统波前检测的影响，从而为计算机辅助装调提供稳定、正确的波前数据，提高了系统装调的效率和质量，这对于研制大口径光学系统具有重要意义。

本文首次提出并构建了自准直仪光电探测器失调的数学模型。基于该模型，分析了光电探测器相对于理论像面处于空间任意位置和朝向时对自准直仪测角的影响。结果表明，探测器失调造成的测角误差随准直物镜焦距f的增大而减小，随自准直仪到被测镜面的距离L以及待测角度θ的增大而增大。计算发现，当f=300 mm，L=100 mm，θ=20″时，因探测器失调引起的测角误差达到0.004 5″。文章进一步分析了各种探测器失调误差单独作用时对自准直仪测角的影响，验证了模型的正确性，并发现探测器离焦对自准直仪的影响最大。根据本文计算结果，选择长焦距的成像物镜、减小测量距离、提高光电探测器沿轴向的安装精度是减小光电探测器失调对自准直仪影响的关键。基于提出的数学模型，可以系统地计算探测器失调对自准直仪测角的影响，进而为构建更加完善的自准直仪误差模型奠定基础。