为指导大口径非球面反射镜的精磨至抛光过程的加工, 设计了Ronchi光栅检测系统。采用零位补偿器替代补偿光栅的设计制作, 既能用Ronchi法对粗加工过程检测, 也能用于干涉仪检测; 模拟Ronchi检测过程中条纹形状与对应面型像差的关系, 通过判断条纹形状对加工过程进行指导; 针对某600mm口径的双曲面反射镜, 设计了Ronchi光栅检测系统、零位补偿系统、成像系统。分析检测系统元件剩余反射对成像结果的影响, 并提出相应的解决方案。分析表明, 在Ronchi光栅检测光路中, 分光棱镜表面5%剩余反射相对0.1%剩余反射, 像面暗条纹的照度值增量大于30倍, 条纹明暗对比度下降, 难以分辨; 光栅剩余反射大于3%时条纹中心产生亮斑, 亮斑照度与条纹照度值比大于5倍。通过优化系统结构, 降低元件表面剩余反射, 提高了像面条纹对比度。将Ronchi检测系统用于双曲面镜抛光过程的检测, 测得双曲面粗抛光后RMS值为0.042λ, PV值为0.291λ, 可有效指导非球面的精磨与粗抛光过程。

为指导某600 mm口径的双曲面反射镜的加工, 设计了Ronchi光栅检测系统。针对系统检测过程中存在的杂光现象, 分析产生该现象的原因, 并提出相应的解决方案。结果表明, 在光线两次经过光栅的光路结构中, 分光棱镜的剩余反射率大于5%时, 像面处暗条纹的照度增大27倍, 条纹明暗对比度下降, 难以分辨;随着光栅剩余反射增加, 条纹中心产生亮斑现象, 条纹无法分辨。条纹面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加40多倍, 玻璃面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加80多倍。通过优化系统结构, 对分光镜与光栅进行替换与表面处理, 有效解决了杂光问题, 提高了像面条纹对比度。

具有确定相对孔径的光学系统只能对有限景深范围内的物体进行清晰成像。而超出景深范围的物体经过两个光学元件的两次反射之后，聚焦于探测器靶面，形成超景深鬼像光斑，大大降低了对比度。利用Code V与LightTools软件对已产生超景深鬼像的光学系统进行了仿真分析，并对产生超景深鬼像的两个光学元件表面进行了定位。仿真结果与产生的现象能够对应，证明该方法正确可行，并可用于其他光学系统。

为了解决CFRP(carbon fiber reinforced polymer)平面反射镜在加工成型后的面形存在像散像差的问题, 建立相关的理论模型以对其产生机理进行解释, 并设计实验对模型进行验证。首先基于经典层合板的热效应理论, 考虑到CFRP平面反射镜制造过程中存在铺层角度误差及温度变化等因素, 推导了相关公式以说明当对称均衡铺层CFRP反射镜存在铺层角度误差时, 在热效应的影响下会产生马鞍形的变形, 即会导致面形出现像散像差。设计了相关实验, 制备了两组铺层角度分别为[0° 90° 45° -45°]2s和[(0° 90° 45° -45°)s]2的反射镜样片, 并利用Zygo长波红外干涉仪(λ=10.6 μm)对样片总体面形及像散像差进行检测。实验数据显示: 第一组样片像散像差的RMS值平均为0.034λ, 第二组样片像散像差的RMS值平均为0.510λ。证明了铺层角度误差是使反射镜产生像散像差的主要原因之一, 而且像差大小会随着反射镜弯曲刚度准各向同性的提高而减小。

地基光电系统白天在可见光波段对空间目标观测时,因受大气散射等因素的影响,探测能力会急剧下降。红外波段较可见光波段具有较强的大气穿透能力,因此在红外波段观测空间目标可以较好地解决白天探测的问题。利用MODTRAN模型计算了不同大气成分对中波红外透射率的影响并进行了分析,并用中波红外成像系统在地基望远镜上进行了观测。实验结果表明,中波红外探测器在白天能极限探测到7等星,平均信噪比为6.236。本研究对白天红外波段地基的空间探测具有一定参考意义。

目标的温度较高且距成像系统较远时,目标像在探测器靶面上占据多个像元且输出灰度易饱和,传统的点源目标和面源目标处理方法无法适用。针对上述问题,提出一种高温小目标辐射特性测量方法,并通过外场实验验证了该方法的有效性。首先,建立测量系统的高温定标模型,并修正平行光管透过率对定标模型的影响。然后,根据目标能量虽弥散到多个像元但到达探测器靶面的总能量不变的现象,提出一种针对高温小目标的辐射特性测量方法。最后,采用Φ600 mm红外辐射特性测量系统进行外场高温小目标辐射测量实验。结果表明,考虑大气透过率和大气程辐射后,可以实现对远距离高温小目标较高精度的测量,验证了方法的有效性。

内部杂散辐射抑制水平是评价红外成像系统的一项重要指标。由于内部杂散辐射与环境温度有关，其测量过程必须在多个环境温度下进行，存在成本高、时间长且实验设备要求高等缺点。针对上述问题，通过建立多积分时间定标模型，研究环境温度对内部杂散辐射的影响，提出一种采用环境温度测量制冷型红外成像系统内部杂散辐射的方法。该方法通过对制冷型红外探测器定标，获取探测器内部因素对系统输出的影响，结合系统在某一环境温度下的定标结果解算系统内部杂散辐射与环境温度的定量关系，进而计算系统在任意环境温度和积分时间下的内部杂散辐射。通过辐射定标实验验证该方法的有效性，实验结果表明该方法可以实现对制冷型红外成像系统内部杂散辐射的高精度测量。

红外辐射测量系统的宽动态范围定标通常是在多个温度点下, 设置多个积分时间并适当加入衰减片的方式实现的。其不仅效率低、耗时长、成本高且影响整个红外辐射测量系统实时性和机动性。对此, 在考虑积分时间的定标模型基础上, 提出宽动态范围快速定标方法。只需调节一次积分时间和一次温度即得到宽动态范围任意积分时间的定标方程。利用Φ400 mm红外辐射测量系统对快速定标方法的定标精度、测量精度进行验证。实验结果表明: 快速定标方法与直接定标结果之间最大误差为2.75%, 该方法外场测量时最大辐射测量误差为11.69%, 相比传统辐射测量最大误差不超过1.52%。说明快速定标方法能有效地保证系统辐射定标精度, 提高辐射测量系统的定标效率, 缩短定标时间, 实现对系统宽动态范围任意积分时间的定标。整个辐射测量过程实时性好, 操作简单、易实现且可靠性高, 适应针对外场条件下红外辐射特性测量系统的要求, 外场测量结果也说明快速定标可以直接应用于靶场目标的红外辐射测量任务中。