为减小地基大口径望远镜在光学追踪过程中重力变形对成像质量的影响，设计了一种基于柔性铰链的高侧向刚度、亚微米精度并联调整机构。首先，介绍了系统组成并针对技术指标的要求，开展了两自由度柔性铰链设计。建立了柔性铰链并联机构的等效运动学模型和刚度模型，搭建了并联机构刚柔耦合运动学仿真系统，分析了柔性铰链对机构精度的影响。最后，搭建实验测试系统，来验证柔性铰链的设计合理性和并联调整平台刚柔耦合运动学分析的准确性。仿真和测试结果表明，柔性铰链转动刚度误差控制在3.54%之内，小位移（微米/角秒量级）运动精度达亚微米量级，大位移（毫米/度）运动精度与仿真结果对比误差控制在微米量级，机构侧向刚度优于60 N/μm，能够满足地基望远镜光学成像的要求。

随望远镜口径的不断增大，望远镜的结构尺寸相应增加，重力场引起的望远镜光轴指向变化影响也愈发明显，对地基大口径望远镜的指向检测与修正是获取高精度轨道目标数据的必要前提。为了实现望远镜指向误差的估计、测量及主动修正，从望远镜的光机系统结构出发，分析了引起望远镜光轴变化的因素，提出了光轴变化检测与修正方法。实验结果表明，在望远镜低仰角情况下，光轴最大相对变化为126″，望远镜桁架结构的重弯曲影响是引起俯仰角相关指向变化的主要因素。以4 m口径望远镜为例，提出基于次镜调整结构及卡式系统零彗差点理论的修正模型来提高望远镜的跟踪性能，修正后望远镜光轴的最大相对变化在3″内。该地基大口径望远镜指向变化检测与修正方法可应用于实际望远镜的标定和装调。

为了提高地基望远镜的定位性能，实现快速无超调的高精度位置切换控制，提出了基于近似最优指令整形算法的轨迹规划定位策略。利用近似最优指令整形算法设计指令修正器，指令修正器位于位置控制器之前，依据参考指令、速度、加速度限幅信息进行轨迹规划，引导系统快速平滑地到达目标位置。相比传统梯形指令整形算法，近似最优指令整形算法解决了抖振问题，因此可获得更优的位置控制性能。实验结果表明，系统响应2.5° 和30° 位置阶跃信号时，相比无轨迹规划定位策略，采用轨迹规划定位策略后位置响应超调量大大降低，系统进入2″误差带的调节时间分别降低了1.14 s和1.57 s。仿真和实验结果一致，基于近似最优指令整形方法的轨迹规划定位策略，可有效提高望远镜的定位性能。

为了精确测量与修正大口径望远镜主次镜弯沉，从而保证成像质量及指向精度，从大口径望远镜自身结构特点出发，分析了主次镜位姿变化的影响因素，提出了一种基于内调焦光管的光学测量方法。对主次镜间距5.5 m的某望远镜进行测量，测得水平方向径向偏移最大为196 μm，垂直方向径向偏移最大为16 μm，水平方向角度偏转最大为2.6″，垂直方向角度偏转最大为12.8″。最后对该方法的测量不确定度进行分析，测量径向偏移的合成标准不确定度为9 μm，测量角度偏转的合成标准不确定度为0.65″，满足大口径望远镜光学系统的对准精度要求。

地震灾害是天文台规划和望远镜结构建设时迫切需要重视的一个重要安全问题。为了满足大型地基光学望远镜的抗震要求，本文设计了具有独特特点的基于液压阻尼技术的三维隔震系统，该系统主要由望远镜液压支撑系统中的附加被动元件组成，能够感知临界震动，并在达到临界加速度值时启动整个减震系统，将载荷限制在可接受的范围内。大量有限元分析结果表明：一方面，没有隔震系统的望远镜系统会发生明显的输入震动放大响应，其对输入地震波的放大率在NS方向约为142%，EW方向约为145%，UD方向约为369%；另一方面，与输入地震波相比，隔震系统可以抑制响应加速度，其响应函数在NS方向约为22%，EW方向约为38%，UD方向约为4%。上述结果验证了该三维隔震系统具有良好的隔震性能，能够满足大型地面光学望远镜的抗震设计要求。

随着地基光学望远镜口径的不断增大，风扰动已成为影响望远镜成像质量最为关键的因素之一。为了深入研究风扰动对望远镜系统性能的影响规律及作用机理，从时域角度对望远镜在风扰动作用下的响应进行时程模拟以及系统性能预测。首先，简要介绍了望远镜结构组成并采用有限元方法建立了结构动力学模型，通过模态变换方法将动力学模型转换到模态坐标系下，从而降低了模型维数、提高了计算效率。然后，提出了一种基于二维随机场的风速时程模拟方法，将望远镜圆顶内的风速场表达为随时间和空间位置变化的二维随机场，通过引入波数谱，克服了谱表达方法中各个离散采样点处互功率谱矩阵Cholesky分解出现数值不稳定的问题，从而可以表达空间和时间频率范围内几乎连续的随机场，并且在数值计算中引入了快速傅里叶变换FFT算法，进一步提高了模拟效率。最后，以2 m口径望远镜为例，对风速环境进行了时程模拟，并对外界平均风速为10 m/s及15 m/s的风扰动作用下，望远镜的性能进行了预测。仿真分析结果表明：作用在望远镜主镜上的风扰动分别造成主镜最大接近45 nm和70 nm的面形误差；作用在次镜及桁架上，主要造成低频的主次镜相对位置和角度偏差。

拼接镜面技术是光学合成孔径望远镜的三种实现方式之一，是未来大口径望远镜的重要研究方向。由于拼接镜面主动控制系统直接影响拼接镜面等效大口径镜面的光学性能，本文着眼于地基大口径望远镜的拼接镜面主动控制技术，由地基拼接镜面望远镜的发展过程展开，阐述拼接镜面主动控制系统的主要结构，对国内外拼接镜面主动控制系统发展概况进行分析和总结。归纳了拼接镜面主动控制系统实现主动调整和主动保持的关键技术，明确了深度学习理论在闭环控制，共相检测与校正和系统级仿真建模技术中的逐步应用和未来发展方向，为国内下一代地基大口径望远镜拼接镜面的控制方案设计提供相应的指导。