基于红外标准星和内部黑体标定源的联合辐射定标法可提高空间目标的红外辐射测量精度。黑体标定源位于红外辐射测量系统内部,用于定标光学系统响应率。依据大气消光模型,采用天文孔径测光法,通过观测不同仰角处的多颗具有较高光谱分辨率的红外标准星得到大气消光和系统透过率系数。700 mm口径地基中波红外辐射测量系统验证性实验的结果表明,在恒星图像曝光充分的情况下,联合辐射定标法的恒星辐照度反演误差优于11%。联合辐射定标法操作简单、成本低,可随时对测量设备进行现场标校。

针对2 m SiC反射镜在地基望远镜中的应用, 结合SiC反射镜热膨胀系数大、重量轻的特点, 设计了柔性被动支撑系统。该系统底支撑whiffletree结构中的支撑杆采用柔性细杆, 侧支撑杆采用柔性铰链结构, 从而使底支撑系统和侧支撑系统分别起支撑作用, 不但保证了主镜良好的位置误差和形状误差还很好地消除了装配应力和热应力。对在支撑系统作用下反射镜进行了静力学分析、热力学分析和模态分析, 并通过面形检测和主镜倾斜与平移检测验证了分析结果。检测显示: 反射镜面形(RMS)达到λ/40 (光轴竖直)和λ/16(光轴水平), 主镜指向不同俯仰角时最大倾斜变化量为8″, 偏心为0.070 7 mm, 基本与分析结果吻合, 达到了设计要求, 表明这种柔性支撑系统具有很好的工程应用能力。

对于采用冷光学技术的短波红外透射式成像系统, 由于光学元件及支撑结构的加工、装调温度与实际工作温度差异较大, 几何形状的变化差异将导致光学元件出现位置误差, 甚至受到破坏。本文根据低温红外系统对光机结构的设计要求, 遵循均一性和不调整两个原则设计和加工一套短波红外成像系统的光机结构。在透镜和支撑结构件的配合面上分别加工45°的斜面, 以充分适应光学元件与其支撑结构在温度变化过程的热胀冷缩, 避免了光学元件和支撑结构由于受热变形差异过大而产生的不可恢复性破坏, 最后通过实验验证了该光学支撑方案在80 K的低温下具有良好的成像效果, 本文的研究为今后大温差下的红外光机系统设计提供了较高的参考价值。

为了完成对于30 m望远镜(TMT)三镜面形的检测，引入了基于斜率的测量方法。首先，针对斜率信息分别提出了对于低阶像差拟合以及中频误差分析的方法,并利用数值仿真以及实测数据对于之前提出的理论进行验证；最后，针对所提出的方法进行了基于蒙特卡洛法的误差分配，讨论了在TMT招标方所提出的精度要求下，各个检测仪器的精度如何分配。文中使用的方法，不仅对于TMT三镜的面形检测有很好的指导作用，同时对于类似的大口径平面镜的检测也有一定助力作用。

为了及时发现及定位基于FPGA(Field Programmable Gate Arrays)的自适应波前处理器执行过程中发生的问题, 提出一种针对该波前处理器的故障诊断系统以解决这一问题。根据调试及操作的需求, 该系统能够向上位机实时反馈当前波前处理各部分的执行结果及运行状态, 定位故障并分析数据误差。该系统在137单元波前处理器实验平台上进行了实验, 实验结果表明: 在处理器实时校正过程中, 监控系统反馈的数据及相关信息与相应理论值能够很好地匹配, 能及时发现故障并定位。该系统应用于大型地基高分辨率成像望远镜的自适应光学系统, 直观反映自适应光学波前处理器的运行过程及相应结果, 如发生故障, 可以及时发现并定位故障来源, 较大地提高了硬件及软件的调试效率。同时, 通过各阶段运行结果的分析, 有利于进一步提高各部分运算速度及精度。

提出了一种基于PIX总线的千单元可扩展波前探测图像恢复技术。采用波前探测与图像恢复相结合的方式来克服大气扰动和系统像差对图像分辨率的影响，满足大型地基望远镜高分辨率成像的需求。首先利用波前探测的方法得到波前相位畸变量，再由此恢复退化图像。其核心部件-波前处理器则采用波前处理主板和可扩展的波前处理子板相结合的方式来满足不同光学系统对波前处理规模的需求，波前空间采样数可扩展至千单元数量级。系统在室内进行了激光光源图像恢复实验，使激光光源的能量集中度提高50%左右；在室外对恒星和0.6″的双星图像进行了恢复，其半高全宽下降了约80%。系统采用大规模现场可编程门阵列(FPGA)作为波前处理的核心器件，实现了波前探测的实时处理和透过大气成像的退化图像的高分辨率图像恢复。

Coude 光路是大口径望远镜光学系统必要的组成部分，它将主望远镜的光束进行传递，以使其进入望远镜机下Coude 实验室，与子光学系统相耦合。在Coude 光路中，存在多块折转反射镜，反射镜之间的相对位置关系影响着系统的成像质量。因此如何保证光学元件之间的位置关系，成为光机结构研究的关键问题。根据系统要求分析并设计了各类型调整机构，包括二维半运动支撑倾斜调整机构、一维燕尾形导轨平移机构和一维精密旋转机构，机构行程大、操作便捷，既保证光学元件之间的准确位置关系，也便于装调和检测。整个研究方法适用于光机系统调整，在实践中得到了应用。