为了解决局部对比度方法在用于星图空间目标检测时存在运算量大和去除背景噪声困难的问题，提出了一种基于快速局部对比度和目标特征的方法来检测目标。在对比度计算前、对比度计算中和对比度计算后3个环节，分别提高了算法实时性、对复杂背景的抑制和去除噪声。首先，通过中值滤波去除高频噪声；然后，通过快速局部极大值滤波确定目标区域，通过局部对比度计算抑制背景，突出目标成像特征；最后，根据目标成像特征，设置目标能量分布、目标能量集中和目标能量传递3个特征函数，通过设置特征阈值去除噪声，提取真实目标。实验结果表明，本文所提方法在检测率和时间消耗上均具有优越性，对于信噪比为1.5的目标有95%的检测率，平均耗时仅为某些对比方法的1/30~1/6。本文所提方法更适用于星图复杂背景条件下的目标快速检测，满足星图空间目标检测算法鲁棒性强、实时性高的要求。

为了满足高精度偏振探测要求，通道型偏振光谱仪在设计时需要考虑望远镜组偏振效应的影响，并对其进行相应的分析和优化。首先，分析望远镜组偏振效应的影响因素，采用坐标变换和穆勒矩阵连乘法建立了考虑膜系偏振效应的望远镜组穆勒矩阵模型，并带入通道型偏振光谱仪偏振解调模型。接着，通过同时控制S光和P光的透过率和相位延迟，设计相应的低偏振效应膜系。最后，运用偏振光线追迹的方法对镀有不同膜系的望远镜组进行偏振效应仿真。仿真结果表明，在580 nm和750 nm波长处，低偏振效应膜系与高偏振效应膜系的偏振探测精度变化不明显。而在420 nm波长处，低偏振效应膜系相较于常用膜系的边缘视场偏振探测精度提高了3.22%。低偏振效应膜系可以有效降低通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应，提高仪器的偏振探测精度。

光程吸收光谱技术是吸收光谱技术发展中的一个重要分支，近年来基于不同光源技术、吸收腔技术、探测方式的光程吸收光谱技术大量涌现。随着对探测灵敏度和吸收光程长度需求的提高，出现了基于增强吸收原理的光程吸收光谱技术，包括：积分腔光谱（ICOS）、腔增强吸收光谱（CEAS）和腔衰荡光谱（CRDS）。增强吸收光谱技术具有高光谱分辨率、高灵敏度、快速响应、便携等优势，但至今缺乏统一的概念和明确的分类依据。本文梳理了吸收光谱技术的发展历程，明确了多光程吸收光谱技术的概念。依据吸收腔内是否发生谐振吸收，提出了基于谐振原理的吸收光谱技术这一概念，分析总结了谐振吸收光谱技术的研究现状，并对这些技术在各领域的应用进行概述。最后，对谐振吸收光谱技术中关键技术的未来发展进行了展望。

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量一氧化碳（CO）气体浓度时，反演精度受光强、温度、压强等的影响，需要对系统的总体误差进行分析与分配。为了提高TDLAS的测量精度，降低多项误差对测量的影响，本文提出了对系统各个测量误差的分配方法。首先建立了CO浓度反演的误差模型，基于二次谐波测量原理引入了二次谐波峰值、光强、驱动电流、温度、压强和光程几项误差；其次，利用随机化方法分别研究了系统各项误差对浓度误差的影响，并通过数值拟合的方法推导了浓度误差与各项误差的关系，比较了浓度误差对各项误差变化的灵敏度；最后，根据求得的灵敏度关系，综合考虑浓度测量要求以及现有器件的工艺水平，对各项误差进行了合理、有效的分配。利用蒙特卡洛法对本文所提出的各项误差分配方案进行了仿真，仿真结果表明，在CO体积分数为2.5%时，该误差分配方案可使浓度测量的绝对误差小于0.025%。在实验室条件下对体积分数为2.5%的CO进行了测量，其绝对误差小于0.01%，实现了对CO气体浓度的高精度反演。本文的研究结果保证了TDLAS浓度检测系统在多项误差影响下的测量精度，同时，可有效降低系统的设计难度和经济成本，对仪器的开发和应用具有重要的指导意义。

为保证光谱仪能够获取到有效太阳光谱数据，要求搭载光谱仪的二维转台能够长时间高精度跟踪太阳，而跟踪太阳的前提是转台实现精准指向，使太阳进入导行镜的有效视场。根据从卫星接收的太阳矢量和姿态数据对安装误差进行修正，计算修正后转台指向的参考值，并确保指向误差小于1°。在转台各个基准立方镜上建立坐标系，采用坐标变换法建立了对日指向的数学模型，通过运动学反解给出转台调整角度与轨道坐标系下太阳矢量的解析关系。然后，结合光谱仪的在轨运动形式，对其工作过程中的主要误差来源进行分析，并在MatLab平台上搭建基于蒙特卡罗法的指向误差模型。仿真结果表明指向误差优于0.35°。最后，在地面开展太阳指向模拟实验，测得春分轨道下指向误差低于0.16°，满足导行镜捕获视场需求。实验结果验证了数学模型的正确性及有效性，同时为光谱仪在轨工作提供了设计参考。

在二自由度快速控制反射镜系统设计中，为提高系统的控制带宽，应尽量降低工作方向上的低阶固有频率，提高非工作方向上的高阶固有频率。该课题以某深切口柔性铰链快反镜系统作为研究对象，首先对系统前四阶固有频率的振型运动方向进行了分析，并针对传统刚度计算方法不适用于第三阶振型方向的问题，重新推导了第三阶振型方向上的刚度计算公式；其次，利用能量法和卡式第二定理对深切口柔性铰链上的工作刚度进行了推导，并进行了非线性拟合化简，得出的简化计算公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过8.9%，证明了推导的铰链工作刚度理论公式的准确性；然后，将第三阶振型方向刚度计算公式和柔性铰链刚度计算公式代入固有频率计算公式，并进行有限元验证，结果表明理论公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过1.7%，证明了新的三阶振型方向上的刚度计算公式的准确性。最后利用遗传算法，对系统前四阶固有频率进行了多目标优化设计，到达设计要求，所求出的优化结构较初始结构有明显优化，工作方向刚度减小19.04%，非工作方向刚度提高297.83%和77.09%。此外还对其进行了有限元仿真验证，结果证明一、二阶固有频率减小8.08%、5.40%，三、四阶固有频率提高了112.59%、16.80%。证明优化结构较初始结构有较大提高，能有效提高系统控制带宽。