离轴三反光学系统多采用长条形反射镜，为尽可能提高反射镜面形精度，其支撑结构形式多为柔性支撑；为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求，支撑亦多采用壳体点阵结构。本文基于尺寸优化技术，建立了长条形反射镜的参数化有限元模型以及双轴圆弧切口柔性铰链支撑的多参数优化模型，分别应用可行方向法及自适应响应面优化算法得到了质量约束下刚度最优的反射镜面板、筋板厚度参数以及刚度约束下镜面面形最优的柔铰支撑几何尺寸参数，并应用参数试验方法对该柔性支撑安装角度及安装轴向位置进行了独立变量的影响分析。对于背板的设计，本文提出了一种基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法，采用贪婪三角化投影算法对点阵结构包络生成的点云进行网格重构，保证了点阵结构模型的连续性与真实性。经过仿真验证，优化参数下重力、温度、强迫位移各工况下反射镜综合面形误差（0.018λ）和装调方向重力下刚体位移（0.007 mm）均达到最优。表明基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法合理可行，可推广应用于类似结构形式的反射镜支撑。

时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)及多光谱线阵探测器是航天遥感相机常用的成像器件。为了获得高质量的航天遥感图像,要求TDICCD的电荷转移速度与像移速度相等、方向相同。航天遥感相机在轨推扫成像时,畸变会导致像移方向与积分方向不匹配。为了减小电荷转移方向和像移方向之间的失配误差,将探测器拼接成一条弧线以补偿畸变引起的像移。首先建立了时间延迟积分(TDI)方向和像移方向失配的数学模型,分别给出了枕形畸变和桶形畸变弧形拼接的方向。其次,推导了像移方向与TDI方向夹角的计算公式,建立目标函数计算每片探测器的弧形拼接角度。最后,进行了弧形拼接在轨实验,结果表明,相比拼接前,弧形拼接后边缘视场的配准精度由4 pixel提升到1 pixel。

采用多片探测器拼接是实现长线阵焦平面的通用方法。反射式光学拼接是焦平面常见的拼接方式之一。对于光学拼接,拼接反射镜几何参数设计不合理会导致定焦平面出现漏缝、杂光、遮挡光路等成像缺陷。反射镜参数计算是光学拼接焦平面设计的核心内容之一。详细介绍了光学拼接焦平面拼接反射镜的参数计算。根据几何光学建立光学拼接成像模型,分别对奇数片探测器和偶数片探测器的拼接反射镜的几何参数进行公式推导,主要包括拼接反射镜的位置、长度、宽度、角度等几何参数的数学表达式。最后将算法公式应用于工程实例,对像方远心和非远心两种典型的光学系统的拼接反射镜参数进行计算,并对两种光学系统拼接反射镜的特点进行了分析。

对空间离轴反射式CCD相机的杂散光情况进行分析,通过对CCD的照度图进行分解,对占CCD照度图能量较大的杂散光光路进行解析,确定杂散光路径。根据仿真结果,针对两个成像通道提出杂散光抑制措施并对抑制措施进行优化设计。经过再次仿真,两个成像通道杂散光系数得到大幅降低。根据相机观测对象,利用点源透过率(PST)作为检验杂散光抑制措施有效性的指标。当离轴角为30°,相机的PST达到10 -8数量级,满足设计指标要求。

多光谱遥感相机提供的光谱图像信息具有极高的应用价值。为突破CCD成像器件谱段数量的限制、增加单台相机的谱段数量, 提出了一种双通道的解决方法。从光学系统入手, 对一种双通道离轴多光谱遥感相机进行了高稳定性光机结构设计。首先, 通过使用四点球头支撑技术实现了对大口径主镜的高稳定性支撑, 保证了在各个工况下反射镜面形精度满足使用要求。之后, 对相机的焦面组件、主框架及隔振系统进行了设计及优化, 保证了双通道离轴遥感相机在提供八个多光谱谱段的同时, 具有良好的结构稳定性。最后, 对整个相机进行有限元分析和力学环境试验, 结果表明相机具有较高的稳定性, 符合设计预期。

多谱带滤光片是航天光学遥感相机上的关键器件。其兼具多个谱带滤光及探测器封装的功能, 特征尺寸多, 膜系复杂, 其设计及考核过程相比全色或单谱带滤光片要复杂得多。介绍了多谱带滤光片的基片外形尺寸、滤光窗口尺寸、像元位置标识窗口、封装对准标识等关键特征尺寸的设计及计算方法。分析了滤光片的设计加工误差对滤光片与光敏芯片的封装对准精度、探测器在焦平面上的配准拼接以及相机的光谱响应特性等的影响。并基于现有的航天器环境考核方法提出了一套针对多谱带滤光片的环境考核流程和测试方法。最后给出了某相机多谱带滤光片的设计及考核应用实例。