由于仪器传递函数（Instrument Transfer Function, ITF）能准确反映仪器在空间频率上的响应特征，被广泛应用于仪器规范之中。目前多采用刻有单一台阶特征或不同周期正弦特征的平面测试板对干涉仪的ITF进行检测。针对平面测试板无法完成高陡度球面/非球面镜检测时ITF标定的问题，提出了根据球面台阶测试板标定高陡度镜面检测的子孔径拼接ITF的方法。通过超精密车削技术制作了球面台阶测试板，并对其进行拼接检测，根据梯度定位法和旋转矩阵完成检测孔径中台阶的定位及采样，利用傅里叶变换方法实现对台阶实测面形的功率谱密度求解，最后与理想面形功率谱密度做比获得ITF。对口径100 mm、曲率半径100 mm、带有同心圆环台阶结构的球面台阶测试板进行拼接检测以及数据分析，实验结果表明：在1 mm⁻¹的空间频率范围内，各个子孔径对高陡度镜面的检测水平平均可达到82.72%，具有较好的检测精度，随后ITF逐渐衰减，当空间频率在1.5 mm⁻¹左右时，仅能达到40%~60%。

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。

为了实现大口径凸非球面的高精度检测，提出了将子孔径拼接检测法和计算全息补偿检测法相结合的检测方法。由于其中心的非球面度较小，采用球面波直接检测；而外圈的非球面度较大，采用子孔径拼接和计算全息混合补偿的方法进行测量，再通过拼接算法将中心检测数据和外圈检测数据进行拼接从而得到全口径面形。结合实例对一块口径为540 mm的大口径凸非球面进行测量，并将检测结果与Luphoscan 检测结果进行对比，两种方法检测面形残差的RMS值为0.019λ，自检验子孔径与拼接结果点对点相减后的RMS值为0.017λ。结果表明该方法能够实现大口径凸非球面的高精度检测。

提出了一种基于粒子群优化的子孔径拼接方法，实现子孔径拼接调整误差和定位误差的同步消除。为了提升粒子群搜索算法的效率，利用降采样的方式缩小粒子群算法的搜索范围，然后通过梯度法获取像素级定位误差，实现各项误差系数的求解。以实测干涉波面作为仿真输入，比对了该算法和常规粒子群算法的子孔径拼接干涉检测结果。两种方法均能达到整像素级定位精度，但采用4阶（1/16）降采样手段使得算法的运算速度提高了约12倍。选择平面反射镜、离轴抛物面反射镜作为实测样品，利用所提拼接方法获得的表面面形与全口径测试结果吻合，拼接结果准确。

鉴于单块口径的光学望远镜不能无限增大，采用拼接镜技术才能造出10 m以上口径的光学望远镜，因此，拼接镜的共相检测技术成为了拼接过程和维持镜面质量的关键技术。针对目前最被接受的宽窄带夏克哈特曼法，本文提出使用宽波段（400~700 nm）光源的非相干性和相干性相结合方式实现250 nm粗共相，以及10 nm精共相，以此解决由于目标流量过低而引起测量时间过长的问题。即在粗共相时，以两个半圆孔的非相干衍射图样为模板，白光为光源，采用互相关算法计算互相关系数的值，通过设置合理的互相关系数阈值，以实现无限制的检测范围和0.25 μm 的检测精度；精共相时，以白光为光源、采用以一幅相干衍射图案（理想白光艾里斑）为模板的方式替代多幅不同平移误差下的相干衍射图案为模板方式，实现0.27 μm量程、0.01 μm以上精度的共相检测。对该共相方法进行了理论和仿真分析，结果表明：该新型共相检测方法的检测量程为无限量程，检测精度能达到 10 nm以上，该方法适用于拼接镜粗精共相的检测。

甚多孔径光纤激光阵列是构建大功率、高光束质量、等效光学大口径的新兴技术手段之一，而基于相位精密操控实现阵列激光束的共相，乃至快速、灵活的光束偏转是当前光纤激光相控阵技术面向应用的关键。本文将光学相控扫描技术与光纤激光相干合成系统相结合，研究了甚多孔径光纤激光相控阵的光束扫描特性，通过改变准直激光阵列相邻子孔径间的相位差实现了光束扫描。对比分析了19、133、703孔径光纤激光相控阵的远场扫描光束形态分布特征，据此定义并计算了扫描极限范围。该结果为后续开展光纤激光相控阵在长程传输下精确指向控制实验研究提供了理论依据。

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求，提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统，结合子孔径划分拼接方法，对各子孔径分别进行测量，并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差，高精度测得各个子孔径的面形数据，由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场，可极大降低所需的子孔径数量，由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性，分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验，并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明，利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑，且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 µm，优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围，并且系统结构简单，为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。

提出了一种基于CUT杂波特性直接估计的机载雷达训练样本选择算法。该方法直接利用CUT的子孔径协方差矩阵对杂波进行表征，由于估计过程不依赖训练样本，可不受样本中干扰目标影响。考虑到目标距离环中可能存在目标信号，所提算法采用CUT子孔径协方差矩阵的Capon谱对目标可能存在的区域以外进行积分重构，从而剔除协方差矩阵中的目标成分。相比于传统广义内积算法利用单拍数据计算检验统计量，基于CUT杂波特性直接估计算法以样本的子孔径协方差矩阵表征其特性，可使计算结果更加稳定。通过仿真实验表明，所提算法在筛选训练样本时更加准确。

为了使现代制导律能够在图像制导中得以应用，提高图像制导的性能，针对图像制导难以获取目标距离信息的问题，提出基于光场成像的目标测距算法。该算法首先对光场数据进行解码和整定，从原始图像中提取出子孔径图像；其次，对两张子孔径图像进行双线性插值，以提高图像的空间分辨率；之后，选取两张子孔径图像进行标定以获取对应的内参数和外参数，并利用这些参数校正子孔径图像，使其共面且行对准；最后，采用半全局匹配方法进行图像匹配，获取目标的视差值，将视差进行三维转换即可得到目标距离。实验结果表明，改进前、后算法的平均测量误差分别为28.54 mm和14.96 mm，距离测量精度得到有效提高，能够在较为复杂的场景中有效提取目标距离信息，具有一定的理论和应用价值。

大口径空间巡天望远镜的精确平场定标是实现既定科学目标的重要前提。目前普遍是通过平场屏幕或大口径积分球提供均匀平场基准来检验像面响应一致性。针对平场屏幕照明均匀性差，超大口径积分球制备困难等问题，本文提出了一种基于子孔径扫描的平场定标方法，以改善平场基准的均匀性及杂散光导致的定标不确定度。首先，完成子孔径平场定标理论分析，建立子孔径平场定标数学模型，规划子孔径扫描路线及扫描孔径大小，进行标定用准直系统参数的初设计。其次，完成像面照度仿真验证实验。最后，搭建实验平台，对规划的子孔径进行扫描，构建全口径照度数据，验证上述大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标方案的可行性。实验结果表明：以全口径为基准，用子孔径拼接法扫描待测系统像面能量叠加对比全口径像面照度，能够恢复全口径的照度信息，全口径像面灰度值为231.085，单个子孔径叠加灰度值为233.350，误差为1%，本文研究表明子孔径拼接法可用于大口径巡天望远镜的平场定标，具有实际应用价值。