为了在不影响杂散光抑制效果的同时减少空间遥感器的结构尺寸, 方便其姿态控制, 提出了一种超短型内嵌式遮光罩。介绍了超短型内嵌式遮光罩的基本结构形式及其优化设计方法。重新设计了遮光罩的形状, 采用超短型多层遮光筒结构代替了传统设计中过长的外遮光罩。改变了遮光罩与主体结构的安装方式, 将遮光罩嵌入式安装于空间遥感器的主体结构, 最大限度地压缩了结构尺寸。以某航空相机光学载荷为例, 分析了该种遮光罩的可行性和消杂散光效果。采用Light-tools软件优化设计了双层同心圆柱筒结构的遮光罩, 并对该遮光罩的杂散光抑制效果进行了评估。模拟计算结果表明, 外遮光罩采用超短型内嵌式结构后, 遮光罩总长度和重量均减小为传统设计结果的1/3。系统的点源透过率(PST)曲线显示其整体呈下降趋势, 且在离轴角大于25°后, 光学系统的PST降低到10-7以下。另外, 设计的遮光罩能够有效抑制视场外杂散光, 其杂散光抑制能力与其他离轴、同轴系统大体相当, 满足使用需求。

应用于航天遥感领域的光学相机光学元件多,分离变量多,结构复杂,成像质量要求接近衍射极限,对光学装调有着苛刻的要求.结合装调数学模型,将CODE V 光学设计软件与各视场干涉图的Zernike 系数整合为装调变量,优化求取失调量；根据离轴三反系统理想光学模型求取装调灵敏度矩阵及确定多标量修正次序,有效克服装调变量相关性.在波长λ为632.8 nm 时,成功将多光谱相机装调结果均方根(RMS)由0.563λ提升至0.064λ,实现了多光谱相机高精度、高效率的装调.

采用小口径高精度折射式光学系统的对地观测遥感器对成像质量要求严格,随之对装调公差要求苛刻.传统装调公差分配完全以光学设计给定公差为标准,在实际装调过程中与精度和周期的需求产生矛盾.提出将光学设计和装调实践相结合,用全过程仿真计算进行成像质量预估,对公差进行再分配,并利用光学系统各分离误差相互间的补偿,实时调整公差.然后举例说明在某小口径高精度折射式光学系统装调过程中对公差的具体分析,并详细阐述了针对公差的再分配和补偿方法,实现对偏心误差的控制精度为2″,对镜间距的控制精度为1 μm.镜头装调完成后成像性能良好,证明公差分配及控制方法的改进使装调效率显著提高.

空间探测光栅光谱仪是指利用光栅作为主色散元件在卫星轨道上对目标探测的光谱仪。阐述了用于空间探测 的光栅光谱仪国内外最新发展状况,根据最新的空间探测光栅光谱仪的结构和技术指标,分析了空间光栅光 谱仪的应用范围和发展方向。应用范围主要是空间环境探测和对地观测。其中空间环境主要关注电离 层、臭氧层和温室气体的总量及廓线,对地观测主要是获得图谱合一的地球表面参数,在得到二维 图像信息的同时,增加了一维光谱信息,使得信息量大大增加。最新的发展方向是探测谱段向紫 外和红外延伸,系统覆盖更大的视场角,空间分辨率逐步提高。结合光谱仪系统可靠性高的优 点,空间光栅光谱仪非常适于空间和地面环境的探测。

针对离轴三反(TMA)结构相机消杂光问题,提出结构优化设计方法,即采用三种措施对关键表面结构进行优化设计,在弱化或遮挡杂散光路的基础上开展精细化仿真,降低关键表面的双向反射分布函数(BRDF)。结果表明:在关键表面添加挡光板组的方式可以获得极佳的抑制效果,降低消光漆的使用要求,减少工艺难度。

阐述了一种新型的末组补偿变焦镜头的设计方法。以最小偏折角为目标函数优化薄透镜系统，推导了便于编程的像差系数的矩阵形式，构建了基于点列弥散圆的目标函数对各薄透镜P，W参数进行优化，编写宏语言实现了薄透镜的实例化，最终得到变焦镜头的初始结构。充分结合了传统PW法获得有潜力初始结构的能力和现代优化算法强大高效的优点。依据给出的方法，得到了一个焦距为5~50 mm，F数为1.6，且具有优良成像质量的10倍末组补偿连续变焦镜头，证明了所述方法的优越性和实用性。

阐述了双向反射分布函数(BRDF)的定义及其测量装置的工作原理，使用紧凑型BRDF测量装置分别对空间相机常用结构材料铝合金在不同加工和表面处理工艺下的表面散射特性进行了测量和对比分析。分析了测量装置可能存在的各种误差源并采取了相应的控制措施。通过对不同加工工艺和表面处理工艺下铝合金样块BRDF测量数据的对比，为后期空间相机方案设计时加工工艺的选取提供了参考。

提出了一种求解变焦方程的新方法，并针对中红外320×256元制冷型焦平面阵列探测器，设计了一个3.7～4.8 μm波段的透射式红外连续变焦距光学系统，其F数恒定为2，最小焦距值为22 mm，变倍比为6。系统由变焦物镜和二次成像系统构成，包括7片硅、锗透镜，并引入非球面以校正系统各种轴外像差，同时利用两个平面反射镜折叠光路以减小尺寸。在空间频率16 lp/mm处和全焦距范围内，系统各个视场的光学调制传递函数均大于0.55；在接收面为30 μm×30 μm的探测器敏感元内，能量集中度大于80%。因此该系统具有较好的成像质量。

空间相机光学窗口与周围环境进行热交换, 导致窗口的温度发生不均匀变化, 包括整体温度水平的变化以及产生径向温差、周向温差和轴向温差。这些温度梯度将影响相机的光学系统质量。针对某相机光学窗口温度分布不均匀的特点, 提出利用非顺序光路建立复杂光瞳的方法对光学窗口进行分区, 在各子区域上建立温度的径向分布特征, 然后将各子区域的变化再统一到整个元件中, 进而评判对整个系统的影响。结果表明, 新方法合理可行, 温度周向不均匀分布会降低光学系统质量, 并且不能完全通过离焦来补偿。

在相机研制中，杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数，本文通过分析透射式光学系统的杂散光路，根据能量传输原理，推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法，并编制了相关的程序.仿真结果表明：该方法简单易行，能够快速给出杂光系数的初步评价，将杂散光抑制设计及分析提前，为后续设计提供参考.