针对大口径望远镜光学系统内部空间限制的特点,为了实现失调量校正,提出了一种基于本征系数的失调量解算方法。该方法首先利用波前曲率传感器的原理,通过交替测量前后离焦面的方式采集光斑图。然后,利用无需分区探测的本征函数法进行波前重构,利用本征系数来表征系统波像差,并依据失调量建立灵敏度矩阵模型。最后,根据失调状态与理想状态的本征系数即可求解出失调量。与其他技术途径相比,该方法具有无需添加光学元件、无需分区探测、运算简单的特点。主镜直径为1.8 m的望远镜实验结果表明,当次镜偏心距离范围为-0.9~0.9 mm、倾斜角范围为-0.2°~0.2°时,利用本征系数灵敏度矩阵法得到的计算值的误差均小于10%,对大口径望远镜中的应用具有一定的意义。

松材线虫病又叫松树枯萎病, 是由于松材线虫寄生在松树上引起的毁灭性死亡病害, 其发病速度快、 传播迅速、 防治难度大。 如何识别松材线虫害并对其程度进行估测, 对我国森林资源及生态环境保护具有重要意义。 研究表明, 马尾松叶绿素、 水含量会随着虫害程度的加深逐渐减少, 不同虫害程度的马尾松光谱反射率呈现较大差异, 因此光谱分析技术在虫害程度估测方面具有独特优势。 针对不同虫害程度的马尾松样本, 研究了其光谱特征参数的变化规律, 以实测光谱特征参数为自变量, 样本虫害程度量化值为因变量, 利用线性回归方程构建了虫害程度估测模型。 该研究在光谱特征指标选择和估测模型方法上作了有价值的探索, 对评估松材线虫病害有一定的指导意义, 可为相关研究及当地精准农业提供科学支持和应用参考。 首先针对不同虫害程度的马尾松样本, 研究其在绿光、 红光及近红外波段内的光谱反射率变化规律, 构建指示样本虫害程度的六个光谱特征参数: 绿峰反射率（RGP）、 绿峰位置（GPP）、 红谷反射率（FRB）、 红谷位置（RBP）、 红边斜率（RES）、 红边位置（REP）, 分析光谱特征参数与虫害程度的相关性。 然后构建虫害程度估测模型, 其步骤可描述为: （1）计算健康、 轻度、 中度、 重度四种不同虫害程度下的样本光谱特征参数RGP, FRB和RES; （2）量化健康、 轻度、 中度、 重度四种样本虫害程度值; （3）以实测光谱特征参数为自变量, 样本虫害程度量化值为因变量, 利用线性回归方程构建虫害程度估测模型。 实验中选取重庆市涪陵区永胜林场、 冒合寨工区的马尾松林为研究对象, 随机选取健康、 染病、 完全枯死的马尾松植株进行监测。 数据采集过程中使用ASD野外光谱分析仪FieldSepc4, 采集波段范围为从可见光400 nm到近红外波段1 100 nm处, 分辨率为1 nm。 共采集了70条马尾松植株的有效光谱数据, 根据不同虫害程度, 将其划分为健康、 轻度、 中度、 重度和枯死五种类型, 并利用Matlab软件进行处理分析, 得到其光谱反射率曲线。 选择涵盖绿光区（510～580 nm）、 红光区（620～680 nm）和近红外区（680～780 nm）三个波段, 计算各个波段的光谱特征参数, 构建虫害程度估测模型。 实验结果表明: （1）针对枯死样本, 其“绿峰”和“红谷”特征消失, 红边陡峭上升趋势被拉平。 其他几种类型样本光谱特征参数RGP, FRB和RES与虫害程度呈负相关, 虫害程度越深, 其光谱特征参数值越小, 即健康（RGP）>轻度（RGP）>中度（RGP）>重度（RGP）, 健康（FRB）>轻度（FRB）>中度（FRB）＞重度（FRB）, 健康（RES）>轻度（RES）>中度（RES）>重度（RES）。 （2）随着虫害程度加深, 光谱特征参数GPP向长波方向移动, 即存在“红移”现象, 而光谱特征参数RBP和REP向短波方向移动, 即存在“蓝移”现象。 （3）与一元线性估测模型相比, 二元线性估测模型具有较大的相关系数R2, 较小的估计误差E以及残差。 实验中对两棵马尾松样本虫害程度进行估测, 二元线性估测模型的结果为PD=2.990 7和PD=3.679, 与实际情况相符。 在后续研究中将对1 100~2 500 nm波段特征进行相关性分析。

风载是影响地基望远镜性能的主要因素之一，为了研究风载荷的作用以及对望远镜性能的影响程度，首先建立了望远镜、圆顶和流场的几何模型。然后利用CFD(Computational Fluid Dynamics)分析了在外界风速为10 m/s的情况下，3种不同高角(30°、60°、120°)流场中截面空气速度、压力、湍流动能以及主镜面的静压力的瞬态分布，最后通过有限元方法获得了主镜去除刚体位移后的面形。仿真结果表明，望远镜以不同高角观测时主镜面静压力功率谱密度与Gemini望远镜的实测结果接近，真实模拟了风载荷的作用。由风载引起的镜面变形RMS值分别为3.74E^-1 nm，2.5E^-2 nm，1.71E^-1 nm，满足面形精度要求。

根据望远镜测角系统的精度需求, 分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源, 以及多读数头测角消差原理, 确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验, 通过对测角数据进行谐波分析并补偿后, 得到两组实验测角误差RMS分别为0.34″、0.38″。实验表明, 相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响, 实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度, 为降低设计和加工误差提供参考。

为了满足自适应光学中激光导星系统的要求，根据薄膜理论，选择合适的薄膜材料，采用针式优化算法并建立与膜内电场强度相关的膜系评价函数，优化出满足要求且电场强度分布较低的膜系。通过电子束加热蒸发和离子源辅助沉积制备薄膜。制备的偏振分光膜满足偏振耦合分光系统的使用要求，通过了环境测试并具有较高的激光损伤阈值。

为了提高临近空间激光通信的信噪比，避免杂散光的干扰，通常采用滤光片对信号进行过滤和采集。针对通信系统滤光片的参数要求，选择合适的薄膜材料，结合制备工艺，对膜系进行设计。采用电子束加热蒸发和离子辅助沉积技术镀制薄膜。采用与膜系评价函数和膜层敏感度相关的数学模型，优化出膜层敏感度较低的膜系，制备的滤光片满足临近空间激光通信链路光学系统的使用要求，并通过了环境测试。

为了提高黄光激光器的信噪比，采用Ta2O5和SiO2作为高低折射率材料，通过电子枪蒸发及离子辅助沉积技术，利用制备的589、1064、1178、1342 nm波长处分别有特定透射率的干涉截止滤光片对无用光信号进行过滤。在实际镀制过程中，由于沉积工艺条件不同，导致材料折射率的不稳定。另外监控方法易引起误差.通过调整优化工艺参数并调整膜系，有效控制膜厚监控精度，提高了对应波长的光学性能。经过高温、潮湿等恶劣环境测试，该滤光片满足黄光激光器的使用要求。

针对大口径大视场望远镜的需求，设计了一种用于大口径望远镜的机械快门，其通光口径可达φ 200 mm，具有快速启停，定位准确，不同倾角下两叶片同开同闭等特点。机械结构设计中采用同步传送带和步进电机作为其传动装置具有平稳、速度快、定位准等特点；步进电机的控制、驱动设计中采用 DSP发生 PWM脉冲波控制电机的速度与位置；同时采用了指数型加减速曲线实现快门的快速启停。实验结果表明，研制的快门叶片打开或关闭时间达到 0.2 s，稳定性高，整体结构设计巧妙、紧凑，完全可以满足大口径望远镜的使用要求。

齿侧间隙会影响齿轮传动式望远镜的指向和跟踪精度。采用多电机驱动,通过施加偏置力矩能消除齿隙影响。以双电机驱动为例,建立动力学的数学模型,考虑齿隙非线性,齿轮传动链刚度的周期时变性,随机风扰力矩以及电机齿槽力矩的作用,以最小化偏置力矩为目标函数,齿轮不脱离啮合为约束条件,进行优化设计,获得了各驱动力矩下,全速度范围内的最优偏置力矩,并分析了传动系统的转动惯量、刚度及阻尼等参数,对偏置力矩设计的影响,得到了偏置力矩的变化规律。