为了更好地实现多镜面大视场主动光学望远镜波前像差抑制、提升望远镜探测能力极限，本文基于望远镜视场边缘内置的错位型曲率传感器进行波前感知，并利用功率谱对波前感知结果进行分析，进而基于波前像差的空间频率特征进行调控。首先，基于复光场理论分析了非瞳面对系统波前调控的影响机理。其次，分析了本方法在多镜面大视场主动光学望远镜调控过程中的精度特性。再次，利用桌面实验对多镜面大视场主动光学望远镜调控的可行性进行了验证。最终，波前重建结果与理论波前相关性高于0.85。利用功率谱对各个视场的空间频率特性进行了分析，与单纯使用均方根对多镜面影响敏感度进行分析的方法相比，灵敏度提升了20%。

为了更好地对大口径分段望远镜进行集成检测与稳定性保持基准构建，本文提出一种大口径环形分段光学系统基准构建方法。首先，采用局部光瞳投射的方式实现光瞳对准映射；其次，利用微透镜阵列构建系统共焦空间基准；之后，基于环带整体调控模式，采用共焦与曲率半径联合分析，实现曲率半径与系统对准的共同调节；最后，利用白光干涉所形成的条纹包络进行粗共相探测，并利用通道光谱方法实现粗共相与精共相间的精度衔接，空间共焦基准定位精度优于125 μm，共相基准覆盖范围优于20 μm，精度优于0.5 μm，光谱基准不确定度优于5%。实现了不同时空特征扰动的分层次、多模态抑制，利用以上共基准原位测量新方法有效提升了光学系统原位计量检测精度并缩短了溯源链长度，增加了检测效率与准确度。

为了更好地对大口径稀疏孔径望远镜进行共焦调控，利用曲率传感方法非干涉、大范围、波段鲁棒的特点。首先，利用近场电磁波的传输方程分析了稀疏孔径望远镜共焦调控的基本原理。其次，结合曲率传感理论，进行了稀疏孔径望远镜共焦调控误差分析。再次，对于曲率传感稀疏孔径望远镜共焦检测的可行性进行了分析与实验。之后，利用桌面实验实现了大口径稀疏孔径望远镜共焦检测的原理贯通。最终，波前倾斜探测结果与原始波前相比，相关性从0.26上升至0.83。利用曲率传感可实现20个波长范围的共焦测量，避免了传统方法对像点进行多次移动标校以及逐个调节的缺点。文中实现了大通量共焦误差感知与收敛调控，为未来大口径稀疏孔径望远镜的建设打下技术基础。

为实现大口径透镜组的高质量集成，亟需一套透射波前检测系统，其可实现米级跨度上的微米级精度检测。针对大口径透射波前质量检测难题，采用非窄带干涉与条纹跟踪相结合的方法，获得元件相对倾斜以及支撑结构所引入的系统波前变化。首先，基于光纤互联架构，设计了子孔径分时复用测系统；其次，建立了斜率测量与最终系统波前的映射关系，分析了斜率重建过程对不同空间频率波前的影响；最后，利用桌面实验系统，针对探测原理进行了验证测试，在测试波长1 550 nm时，干涉感知信噪比优于15 dB，测量范围优于5 μm，探测精度优于0.5 μm。本文所提出的方法可实现大口径透镜透射波前大范围、高鲁棒、高精度的检测，具有重要的意义，特别是对于未来大口径大视场望远镜的建设。

通过对望远镜进行曲率波前感知，以更好地实现主焦巡天望远镜的集成检测。首先，利用傅立叶光学理论分析了主焦巡天望远镜曲率传感过程以及多环节动态稳定性传递基本原理。其次，对主焦巡天望远镜集成检测中的静态校正与动面形测量过程进行误差分析。然后，分析了调节过程中的自由度锁定。最后，通过实验实现了集成检测过程的原理贯通。所获得的波前探测残差优于0.08λ(λ=633 nm)。空间分辨率为0.1 m，时间分辨率为0.2 Hz。本方法可有效提升主焦点大口径大视场望远镜的成像质量，利用曲率传感非干涉、高鲁棒的特点，降低了集成检测过程对外界环境稳定性的需求，为未来更加精细的时域天文学观测提供助力。

大口径巡天望远镜需要基于波前传感系统的反馈，进行主动光学闭环校正，以更好地发挥其极限探测能力。本文面向大口径巡天望远镜波前传感过程中，离焦星点像重合所导致的导星数量下降的问题，首先针对分区域曲率传感的基本理论表达进行了推导，之后，通过建立联合仿真模型，利用光学设计软件与数值计算软件之间的通讯交互，对分区域曲率传感的过程进行了仿真分析。最后，通过搭建桌面实验，分别就单目标与多目标的曲率传感进行了交叉比对，验证了算法的正确性。针对标准波前，本文所提出的方法与单导星曲率传感相比，误差为0.02个工作波长（RMS），误差在10%以内，可在传统主动光学技术的基础上，通过扩展可用导星，提升探测信噪比与采样速度，有效提升主动光学系统校正能力。

为了保证4 m口径碳化硅主镜的六杆硬点定位系统有足够高的固有频率，对六杆硬点定位机构的构型参数进行了优化设计。首先，推导了主镜六杆硬点定位系统的动力学方程和固有频率方程，建立了机构的构型参数、硬点的轴向刚度、主镜的质量和惯量与主镜系统的固有频率之间的函数关系；接着，通过有限元分析获得了用于4 m碳化硅主镜定位的硬点的轴向刚度；然后，基于固有频率方程，以最大化4 m碳化硅主镜系统的一阶固有频率为目标，使用遗传算法对六杆硬点定位机构的构型参数进行优化；最后，对最优构型下的4 m碳化硅主镜系统进行了模态分析。硬点的轴向刚度为33.044 N/μm，优化后的4 m碳化硅主镜系统的一阶固有频率达到30.83 Hz，相对初始值有较大提高。优化方法可以有效提高主镜六杆硬点定位系统的一阶固有频率。

大型望远镜的次镜支撑系统受重力影响，在不同俯仰角状态下会引入不同幅度的姿态误差，导致系统光路偏移，最终影响终端成像设备。如果不进行次镜姿态校正，在望远镜俯仰运动过程中，像点偏移过大，会导致精跟系统超限失效问题，基于望远镜主次镜光学设计参数，利用次镜的曲率中心点和主次镜光路的无彗差点以及次镜六自由度平台，建立了一种次镜姿态校正方法，基于望远镜俯仰角进行次镜姿态校正。通过次镜姿态校正，使望远镜仰角变化时精密跟踪系统前端光路的最大偏移角度由12.85″优化至1.80″。该次镜姿态校正方法易于实现，效果明显，能够满足精密跟踪系统前端的光路粗对准需求，保证高分辨成像系统性能。

为了保证外界环境剧烈变化下大口径巡天望远镜的成像质量以及实现系统的快速对准，其波前传感系统在保持像差检测精度的同时也需要具备较大动态范围。首先基于同侧离焦星点像光强分布与曲率传感技术建立了一套大动态范围的对准检测技术，分别使用解析式表达和机器学习方法实现离焦量以及系统其余低阶像差的解算。然后对不同类型像差的解算精度进行了理论分析，最后针对所提出方法进行实验验证，结果表明离焦检测误差(以波前RMS变化为准)分别小于5%，而失调检测误差小于15%，满足对准装调要求。

随着光学元件的口径增加，无论是在加工检测还是在站址观测过程中，镜面视宁度的影响已经越来越难以忽略。在此情况下，研究可以定量测量镜面视宁度的方法与设备就显得十分重要。基于曲率/斜率混合传感策略，结合冷冻湍流假设实现镜面视宁度评价在时-空域上的转化，实现对镜面视宁度大动态范围的检测。首先，对曲率/斜率混合传感的基本方法进行了理论推导，并以标准化点源敏感性作为评价指标进一步分析了检测过程中的镜面视宁度变化。实验结果显示，在热扰动流场较为均匀时，镜面视宁度的影响较流场反复变化时小，由于湍流不稳定所引入点源敏感性（PSSn）为0.971 8。实验结果证明基于曲率/斜率混合传感的方法可以定量分析大口径光学元件镜面视宁度，对于后续开展的大口径系统设计优化与检测加工具有很好的指导意义。