针对目前光学设计中，通过增加光学元件数量、限制视场角等方法来平衡像差，导致光学系统较复杂的问题，提出了一种基于红外波段的大视场谐衍射透镜设计方法。使用光学设计软件Zemax进行光学设计，使用DLL编写了一种可以自定义的表面面型，使用这种表面进行分区优化，并结合标量衍射理论进行了成像效果分析。结果显示，所设计的谐衍射透镜具有21°的视场角，截止频率(以0.1作为对比度极限)为11.4lp/mm，并通过实验验证了该透镜的大视场单透镜成像的可行性。

视觉测量具有结构简单、成本低、非接触式测量的优点, 利用视觉位姿测量结果对空间展开机构进行定位具有良好的应用前景。实际应用中需要将视觉测量数据转换到物空间坐标系从而对定位系统的控制量提供指导。针对相机外参数标定操作繁琐、需要额外设备、不利于在轨实现等缺点, 提出了一种利用运动样本空间构建坐标系转换关系的数据处理方法, 根据取样空间内构建的补偿方程, 可以将各自由度的视觉测量数据转换到控制器坐标系上, 同时能够校正由于安装、配准等导致的系统误差, 从而实现高精度的空间目标定位。实验结果表明, 在1.7m的测量距离下, 所搭建单相机测量系统的位置与转角测量精度可达0.02mm和0.003°, 验证了所研究方法的有效性和实用性。

针对大尺寸、长距离、非接触条件下的目标定位技术需求，提出了一种基于视觉测量的目标定位技术。许多视觉测量方法寻求在PnP算法改进上得到更高精度，而没有考虑到特征点数目增加对测量精度造成的影响，基于此，通过引入测量基线的概念设计出一种精度可定量提高的合作式靶标。首先通过测量模型的建立和精度分析，利用误差传播理论得出了n点式靶标测量精度的函数解析式，进一步详细分析与验证了各影响项所带来的影响，并讨论了合作靶标特征点排布形式对精度的影响情况，在此基础上进行了靶标布局以及结构参数的优化以进一步提高测量精度。实验结果表明，以所设计的16点环阵式靶标为例，其重投影误差较同尺寸P4P靶标减少了约50.3%，立体靶标则进一步将重投影误差降低了39.2%。该技术不仅可用于特殊环境下的目标定位识别，更适用于复杂系统中的单元状态监测。

提出一种新的零朗奇检测法用于测量大口径非球面镜的面形。利用光线追迹和正弦条纹的相位信息设计补偿正弦光栅。使用透射液晶显示屏显示补偿正弦光栅并作为相移装置。一个离轴点光源发出的光被镜面反射后通过补偿正弦光栅，摄像机记录携带镜面偏差信息的相移条纹图。通过对相移条纹图的分析确定被测镜面的实际横向像差以及对应的理想横向像差，然后基于朗奇检测的几何原理得到被测镜面的偏差梯度，对其积分获得被测镜面的偏差，进而重建被测镜面的三维面形。与传统的零朗奇检测法相比，这种方法可以消除补偿光栅上每个条纹带边缘的锯齿形状，而且可以获得镜面上足够多的待测点信息。计算机模拟和初步实验验证了该方法的可行性。

基于朗奇（Ronchi）检验法和同步相位探测技术，在点光源离轴情况下提出一种检验非球面反射镜的方法。该方法利用透射液晶显示器(LCD)显示垂直和水平两个方向的正弦光栅，由摄像机记录经被测镜面反射产生的光栅变形条纹图，通过四步相移法获得条纹图的相位分布。由变形条纹和光栅的同名相位点确定被测镜面每一点的横向像差，对应理想镜面的横向像差由几何关系算出，通过两镜面对应点的横向像差之差获得待测点面形偏差的梯度信息，对其积分恢复面形偏差，最后重建被测面形。检测中光栅由计算机产生，可实现精确的相移，使垂直和水平光栅严格达到90°。采用预设标记点来引导相位展开，有效地解决了变形条纹和光栅的相位对应问题。模拟和实验初步验证了这一方法的可行性。

基于弹性力学理论,对应力加工方法的原理、算法及玻璃薄板对复杂面型的模拟进行了研究。在球面镜周边分布力和力矩的状态下对球面变形为轴对称非球面进行了分析,以抛物面镜为例,采用有限元法对玻璃薄板周边施加均布弯矩后产生的变形量和最大应力进行了模拟、分析和仿真计算,得出的仿真结果与球面和抛物面之间的理想变形量进行比较,验证了基于弹性力学的应力加工方法加工旋转对称非球面理论的正确性。

为了实现对大口径非球面在细磨和初抛光的加工过程中出现的较大误差的测量，提出了将龙基(Ronchi)光栅、图像采集以及数字图像处理技术相结合的一种较大误差的定量测试方法。介绍了该方法的基本原理、建立了数学模型、编制了相应的数字处理软件。利用该方法对一直径为140 mm，F数为2的凹形抛物面镜进行了测试实验。通过该测试方法以及数据处理软件,得到了准确的非球面面形分布图，检测结果与经典的干涉仪检测结果想比较,二者是相一致的。将为大口径非球面精磨和初抛光阶段提供一种有效、可靠的定量检测方法。

在对非球面加工过程中常用检测方法的优缺点进行比较的基础上,介绍了Ronchi光栅法的系统组成、工作原理和数据处理方法,并进行了光栅频率和灵敏度分析.通过对Ronchi光栅的频率、灵敏度的分析比较,发现可以通过改变其频率来实现大口径非球面不同加工阶段2～200 μm范围内的误差检测.该方法制作简单,使用方便.它的深入研究,将为大口径非球面精磨和初抛光阶段提供一种有效、可靠的定量检测手段.

用古典的沥青盘抛光技术,通过对超光滑抛光时所使用磨料的选取、沥青抛光盘的软硬和厚度的合理应用、抛光温度的控制等工艺参数的优化,以φ220mm内的单晶硅进行了超光滑表面抛光工艺试验.试验结果,单晶硅表面粗糙度RMS值达0.37nm,平面面形误差PV小于λ/15,且加工工艺技术稳定可靠.