为探测中层大气风场信息，研制了一台具有热补偿特性的大集光率（AΩ）、高信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）的地基多普勒非对称空间外差（Doppler Asymmetric Spatial Heterodyne, DASH）干涉仪。针对557.7 nm的氧原子气辉谱线，制定了DASH干涉仪的详细参数和指标。系统采用扩视场和消热差设计，半视场角达到2.815°，集光率为0.09525 cm²sr，系统信噪比在113.75左右，经过热补偿设计后，最终光程差随温度变化(dΔd₀/dT)的数值仅为2.224×10⁻⁷ mm/°C。根据相应参数设计优化了光学系统，前置光学系统和探测器光学系统分别采用像方远心和双远心结构，各项指标均满足探测要求。为验证设计结果，搭建了地基DASH干涉仪实验平台，进行室内以及地基室外实验，最终得到了明显的干涉条纹。上述结果证明DASH干涉仪的系统设计是合理的，系统的信噪比和集光率满足检测要求。

为了更好地保留多光谱去马赛克图像中的高频信息，本文提出了一种基于改进引导滤波器的多光谱图像去马赛克方法。首先，基于自回归模型对相邻像素点间的强相关性进行建模，在每个像素处渐进估计其模型参数，通过最小化局部窗口内的估计误差，得到最优估计值来插值采样密集波段G，并生成高质量的引导图像；然后，引入加窗固有变分系数到惩罚因子中，得到具有边缘感知能力的加权引导滤波器并重建其余稀疏采样波段。最后，使用CAVE数据集和TokyoTech数据集进行仿真。实验结果表明：相较于主流的5波段多光谱图像去马赛克方法，本方法重建图像的峰值信噪比和结构相似度在CAVE数据集和TokyoTech数据集上分别提高了3.40%，2.02%，1.34%，0.30%和6.11%，5.95%，2.28%，1.42%，且更好地保留了原始图像的局部结构和颜色信息，减少了边缘伪影和噪声现象的出现。

提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术，用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先，建立双棱镜的光束偏转模型，详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系，并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反射镜进行光轴修正的双棱镜光束复合跟踪方法，通过建立偏转光轴与光学基台间的扰动耦合关系，实现了对双棱镜转速的实时补偿，并改进棱镜控制器以提高光束控制性能。搭建实验系统，对旋转双棱镜复合跟踪技术进行验证。在动态跟踪实验中，采用改进控制器的双棱镜的控制精度明显提高，相较于比例-积分-微分控制器和线性自抗扰控制器，所提出的改进控制器使棱镜的控制精度分别提高58.33%和32.81%，并使跟踪误差由改进前的49.03 μrad和38.88 μrad降低为31.15 μrad。开启视轴补偿后跟踪性能进一步提高，总跟踪误差降至7.49 μrad，跟踪精度提高4.16倍。实验结果表明，光束复合控制能有效提高双棱镜的跟踪精度，验证了所提方法的有效性。

为解决在外部扰动情况下自适应光学中倾斜镜的控制问题，提出了一种基于扰动观测器的滑模控制方法来抑制结构振动。在倾斜镜控制系统中，将新的扰动观测器加入到传统滑模控制方法中，设计新的滑模控制率来抑制抖振。改进后的扰动观测器不受精确模型的限制，仿真结果证明了该方法能够比较准确的跟踪系统状态，抑制扰动效果明显，降低了系统误差，输出曲线更接近给定的输入信号。实验结果表明，所设计的方法与传统滑模控制方法相比，方位轴控制误差由1.637 μrad降低到1.083 μrad，精度提高约51.2%，俯仰轴控制误差由1.966 μrad降低到1.614 μrad，精度提高约21.8%。该方法可大幅削弱由滑模控制方法造成的抖振及外部扰动，提高倾斜镜控制系统的稳定性。