回顾了国外军队装备的四代光电瞄准吊舱的技术特点和发展历程，定义了光学口径和吊舱舱径之比（光舱比）作为衡量集成度的标准，重点针对第三代的Sniper XR ATP和ATFLIR两型采用共光路串联布局吊舱的探测系统进行了分析和正向设计：二者均拥有Φ150 mm口径，约1.5°×1.5°视场，在0.7~0.9 μm和3.7~4.8 μm波段的传递函数接近衍射限，前者为透射式前置望远系统，后者为离轴三反式前置望远系统，二者的结构布局为：前置望远系统置于吊舱前部压缩光束，通过光学铰链和快反镜将光束导入吊舱中，部分光进入各自的探测通道或激光发射通道。其中，类ATP的透射式前置望远系统可在汇聚光路中折叠形成俯仰/方位正交轴系并置于305 mm舱径内，光舱比约0.492；类ATFLIR的离轴三反式前置望远系统可在压缩后的平行光路中折叠形成方位/俯仰两个正交轴系并置于Φ330 mm的球体内，光舱比约0.455。作为对比，采用共光舱并联布局的第四代Litening 5和Talios吊舱探测系统将所有光学载荷和伺服框架平台置于吊舱前部的Φ406 mm球体内，光舱比约0.37，其并联共光舱设计架构的集成度较低。针对未来可能的升级要求，类ATFLIR吊舱比ATP吊舱具有更强的生命力，其采用纯反射式的前置望远系统可以更方便地增加波段和拓展功能。

主、次镜支撑技术是共光路光学系统的关键技术之一。针对在±60℃温度变化范围内工作的机载共光路光学系统，根据热膨胀系数匹配原则分别选择殷钢和ULE、钛合金和K9配对作为主、次镜及支撑结构的材料，并设计了高刚度无热化柔性支撑结构。最后，利用自研的光机联合仿真程序对主、次镜面型及整个光学系统的成像质量进行了光机一体化分析。分析结果表明：殷钢和ULE配对时，在±60 ℃均匀温差和10 ℃轴向、径向温度梯度下，主、次镜去除离焦后面型优于（1/100）λ，整个光学系统点列图RMS半径小于艾里斑半径，相面中心波前优于（1/50）λ，MTF@63 lp/mm优于0.45，无热化柔性支撑的一阶固有频率高达263 Hz；钛合金和K9配对时，60 ℃均匀温差下系统成像指标满足使用要求，10 ℃轴向、径向温度下成像质量无法满足使用要求。对装调完的殷钢和ULE配对光机系统进行了低温下分辨率测试，分辨率无明显变化，说明设计及分析可行。

为解决仿生复眼系统目前普遍存在的空间利用率较低、子眼孔径较小问题，本文提出一种六边形环带排布的大孔径复眼系统设计方法，通过引入填充因子理论，以传统曲面圆周式排布为对照组，论证了六边形环带排布模型可有效提高大孔径复眼系统的空间利用率。针对单波段复眼系统获取目标信息量有限的问题，设计采用红外双波段共光路的成像结构形式，辅以红外双色探测器接收，增强了复眼系统获取目标信息的多维度能力，同时建立了六边形环带排布方式的子孔径定位数学模型。仿生复眼系统共由91个子孔径组成，子孔径入瞳为16 mm，焦距为48 mm，视场角为9°，子孔径合成总视场为96°×85°，中继转像系统焦距为6.14 mm，子眼系统和中继转像系统在−40 °C~+60 °C温度变化范围内无热差影响，探测器冷反射效应可忽略。对复眼系统进行组合，仿真结果表明：各个光学子通道均方根（RMS）半径均小于艾里斑，光学畸变值均小于0.1%，边缘子通道红外中波/长波波段调制传递函数（MTF）在17 lp/mm处均达到0.5以上。该系统结构紧凑、探测能力强，可用于复杂环境中多目标的探测与识别。

针对共光路系统对环境温度的适应性问题，以温度-光学变形特性研究为基础，提出了一种基于综合传热的主镜组件分区域热控方法。建立了主镜组件的传热模型并分析了典型热控工况下的温度分布特性；对不同材质的主镜进行了热仿真，以热光学试验结果修正模型，使主镜温度场的仿真与实测结果绝对偏差小于1.4 ℃，同时确定了主镜组件的温度梯度控制阈值；采用分区传热策略，使主镜组件达到高温升水平、低温度梯度的热控目标。以某主镜组件为对象进行了仿真与试验：当主镜平均温升达到16 ℃以上时，镜体轴向温度梯度≤2.5 ℃，径向与周向温度梯度≤2.4 ℃，主镜面形变化量小于0.005 λ，该结果可为共光路系统的整体热控方案设计提供优化思路。

依据机载光电**小型化、轻量化的发展需求，设计了一套激光红外共光路光学系统。其中红外系统波段为3 μm～5 μm, F数为2，采用中波640×512 pixel的面阵探测器, 像元尺寸为15 μm×15 μm，激光发射与红外光路共用望远系统，光学系统利用立方棱镜实现方位360°和俯仰0°～90°范围的扫描，采用共光路设计可减小光路中反射镜和透镜等零件的尺寸，具有结构紧凑、质量小等特点。重点针对共光路中光学元件引入激光后向散射的问题，采用CODE V和LightTools联合优化的方法避免其影响，保证光学系统成像性能优良。

高重频激光测月技术是月球激光测距的一个重要发展趋势，对获得更多的激光测月数据具有重要意义。在之前的10 Hz测月频率基础上，中国科学院云南天文台开发了共光路百赫兹激光测月系统。然而在共光路系统中，存在发射激光光子的主波时刻与接收激光光子的回波时刻相重叠的现象，影响了对回波光子的探测。文中从信号时序角度对主回波重叠现象进行了分析，研究了光子飞行时间与重叠现象间的关联性。利用某天的月面反射器的轨道预报对系统的重叠发生比率进行了模拟，得出了当天观测时段内整体的重叠发生率约为8%。同时开展了基于每个发射时刻的分段模拟，结果与前者吻合。对微调转镜转速以避开主回波重叠的方法进行了分析，开展了对应的转镜转速调整试验，结果表明当重叠发生时，对转速进行适量调整可以避开主回波重叠。