针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响，提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数，真实地反应了莫尔条纹信号质量，提高了细分误差测量的准确性。编码器转动时，采集相位差为π/2的两路精码正弦光电信号，通过对采样信号的重构得到信号波形，利用离散傅里叶变换算法分析重构波形，求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。最后，根据信号参数与细分误差的关系得到光电编码器的细分误差值，并进行了实验验证。实验结果表明，对某24位绝对式光电轴角编码器细分误差进行测量，细分误差的峰值为+0.48"和-0.21"。相对于传统的细分误差测量方法，此方法测量速度快，测量精度高，适用于工作现场。

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差，提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程，根据编码器在不同转速下的实时采样，揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性，采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号，利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式，测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理，两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明，该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号，精确地测量编码器的动态细分误差，为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。

利用多圈光电编码器具有体积小、量程大以及数字量输出等优点，设计了基于双读数系统的航天级多圈绝对式光电编码器。根据航天相机的精度要求，采用精度高、分辨率高的绝对式矩阵玻璃码盘作为一级码盘完成角度测量；根据电机转动的计数要求，采用重量轻，体积小的绝对式矩阵金属码盘作为二级码盘完成对一级码盘的转动圈数计数；其具有的双狭缝及双读数系统可实现信号处理电路冷备份。按照鉴定级航天产品要求，通过热学环境实验和力学环境实验对编码器性能进行了验证。实验结果表明，所设计的编码器精度范围为±100″内、分辨率为80″、测量圈数为16 圈、外形尺寸为φ 50 mm×50 mm、重量为270 g，稳定性高、可靠性强，且满足高分辨率航天设备设计指标。

针对航空航天领域中高精度、高转速光电轴角编码器的性能检测问题，设计了一种基于航天级光电编码器的快速地检系统显示功能。系统可同时对多台光电编码器信号进行采集、处理、通信和显示，以DSP+CPLD为核心处理模块，CPLD控制高速A/D对光电编码器信号的采集与粗码数据锁存，DSP负责处理编码器精粗码信号和数据通讯与显示功能。经处理过的数据信息由自定义的通信接口通过双口RAM进行传输，利用外部按键控制LCD分别显示出从RAM中读取的每台编码器二进制和度分秒形式的角度位置信息。实验结果表明，该系统可同时处理多台编码器信号数据，并实现数据传输通信和显示功能，实时性好，可视性强，并且系统显示功能还可进一步扩展。

为了有效地减小星载相机的体积、重量, 实现冷备份, 同时完成调焦相机电机转动精度和圈数记忆功能, 设计了星载双读数多圈绝对式编码器。根据电机转动的精度与计数要求, 研制了采用两套绝对式光栅测量系统的机械结构; 根据星载相机可靠性的要求, 研制了双读数狭缝盘及读数系统; 最后, 对编码器进行了精度检测, 高低温试验和冲击振动试验。实验结果表明：星载双读数多圈绝对式编码器的分辨力为 80″、精度<±100″、测量圈数为 16圈。同时具有读数系统冷备份功能和电机转动圈数记忆功能, 且体积小、精度高、可靠性强, 可满足星载相机要求。

为实现航天编码器的高可靠性与稳定性, 设计了一种针对航天编码器的调试系统显示模块。系统以单片机80C32E为核心处理器, 实现编码器信号采集、处理、通讯和显示。在显示模块中, 一是通过LED灯排显示二进制形式的角度信息, 二是通过LCD液晶屏显示度分秒形式的角度信息。当调试编码器时, LED灯排显示适于专业人员监测编码器数据信息是否进位正常和读取角度信息；LCD液晶屏适于非专业人员查看编码器角度等信息。系统体积小, 可视性好, 方便编码器的调试。实验结果表明, 该调试系统可同时显示两种方式角度信息, 实时性好, 数据读取方便, 并且系统显示功能还可进一步扩展。

为了使月基极紫外相机反射镜组件在月球环境下具有良好的力学和热学稳定性，从而保证相机的成像质量，本文针对月基极紫外相机所处的严酷的力学和温度条件，设计了一种满足月球环境的反射镜组件结构.通过对反射镜组件有限元模型的重力分析、热载荷分析、动态刚度分析以及结构强度分析，结果表明反射镜组件的一阶谐振频率达到354 Hz，在1 g重力作用和ΔT=50℃均匀温变作用下镜面综合面形误差RMS值分别达到3.62 nm和2.46 nm，满足反射镜面形要求.最后，通过静力学面形检测、力学试验、温度适应性试验及成像分辨率测试，结果显示反射镜镜面面形精度RMS值优于14 nm，反射镜组件的设计满足总体指标，验证了该方案的合理性.

介绍了线阵-面阵CCD(LMCCD)制式相机的相关原理, 提出实现LMCCD相机的关键在于相机焦平面组件的研制。给出了LMCCD相机焦平面组件在研制过程中的关键技术, 如LMCCD像面基板与CCD的高精度拼接, 焦平面组件电子学部分的低噪声、高集成度设计, 焦平面组件在真空环境下的热噪声抑制和热传导设计, 以及焦平面组件的装配和焊接等。最后, 给出了研制和测试结果。LMCCD拼接的共面精度优于5 μm, 平移量和平行度均优于2 μm; 在典型工作情况下, 实验室测试信噪比优于90; 在15 min的工作周期下, 焦面组件的温度控制在30℃以下。这些结果满足LMCCD制式相机关于CCD拼接、焦面温度控制和信噪比的要求。

为了提高飞机导航系统的精度，本文设计了一种全天时机载星跟踪器的光学镜头，通过光学设计和像差分析，使光学系统的角分辨率为2角秒，在一个CCD像元尺寸内光学系统的能量集中度达到90%以上，畸变小于3‰，弥散斑直径最大7.6 μm，其他各种像差也得到了很好的校正.同时为了提高星跟踪器探测的极限星等，设计了有六个档位的滤光片调节机构.本设计满足用户对高精度天文导航系统的需求.

三线阵CCD 立体测绘相机既要保证清晰成像,还要保证内方位元素测定精度要求。简要分析了立体测绘对调焦系统精度的要求,给出了导轨副调焦方案和凸轮驱动调焦方案,并设计了凸轮调焦机构以及控制单元。该系统结构紧凑,稳定可靠。通过实验表明,该调焦系统到位重复性精度小于±11 μm,调焦运动引起的线阵CCD旋转误差小于5″,直线性误差小于8″,并且满足空间环境条件下立体测绘的使用要求。