鉴于当前光学抛物面面形参数计算模型的复杂性, 为解决直接基于抛物面的有限元分析数据, 获取高精度抛物面面形参数的计算问题, 提出了一种新的光学抛物面形参数计算方法。首先, 提出了光学抛物面有限元离散误差的概念, 并对其消除技术进行了研究, 这也是高精度算法的关键数据处理环节; 其次, 采用刚体位移数据处理算法分离了抛物面面形的刚体位移与面形畸变位移; 最后, 采用最优化设计算法获取了抛物面面形均方根等参数计算所需的基础数据。在对抛物面面形参数计算方法研究的基础上, 讨论了其算法实现, 并对算法程序的正确性进行了校验。校验结果表明: 高精度抛物面面形参数计算方法计算精度高, 算法校验误差在6%左右, 该算法精度能够满足工程需求; 为外部热力载荷作用下, 光学面形参数的高精度计算提供了新的技术参考。

为解决通用光机集成仿真接口中光学面形点云数据处理问题, 提出了基于点云边界检测技术的面形数据前处理方法。首先讨论了集成仿真面形数据前处理方法及边界检测技术在前处理中作用; 然后研究了边界检测算法涉及的光学面形点云数据组织, 面形节点K邻域微切平面的拟合算法以及边界节点的判断方法。在点云边界检测算法研究基础上, 讨论了算法主要数据结构和程序实现, 并通过示例面形点云边界提取验证了算法的正确性和有效性, 为光机集成仿真面形数据处理算法提供了新的技术参考。

从能量传递及光学天线出瞳允许的杂散光亮度出发,推导得出了杂散光控制指标要求.提出两种消除一次杂光方案.方案一是在主、次镜上设置遮光罩,方案二是设置主镜遮光罩并在出瞳附近设置利奥光阑.理论分析表明方案一因设置次镜遮光罩而增加遮拦比,方案二因在出瞳附近设置利奥光阑而产生渐晕,由于光学天线对发射/接收效率指标要求很高,因此在设计时需兼顾能量.针对某卡塞格伦光学天线仿真分析了两种方案的接收/发射效率和杂散光抑制效果,发现方案二的发射效率和杂散光抑制能力优于方案一,只是边视场的接收效率略低.最终选用方案二作为原理样机的杂散光抑制方案,对其进行杂散光测试,测试结果为:视场外1°~20°系统实测消光比小于-40 dB,满足杂散光指标要求.

为考察在外载作用下某镜体镜面面形的变化是否满足设计要求，研究在预紧力及重力作用下镜面面形的变化规律，使用接触非线性有限元方法对镜体组件进行了仿真，采用基于Zernike多项式的光机集成仿真接口程序对面形数据进行了处理，得到了消除刚体位移后表征面形变化的参数和表示刚体位移系数的分布曲线。结果表明在预紧力和重力作用下刚体位移明显，镜面平移占据了刚体位移的主要方面，基于集成仿真技术的面形处理程序可有效地消除刚体位移；预紧力存在在不同方向重力作用下对面形的影响略有不同，与预紧力相比，重力作用对面形的影响较小。在预紧力作用下面形仿真数据对于镜体设计、装调具有一定指导意义，也说明基于接触方法面形仿真的工程适用性。

为了使红外镜头能够在宽的温度范围内工作, 在红外光学系统的设计时就要充分考虑热对光学性能的影响, 并要进行光机热集成分析。论述了光机热集成分析方法及流程, 并设计了一个焦距f=200 mm的冷光栏匹配的宽工作温度的红外镜头。建立了红外镜头的有限元模型并进行了热力学分析, 对分析的镜面变形结果数据进行了处理, 得到各镜片间隔和面形变化, 代入光学软件得到了热环境对光学成像质量的影响。分析结果表明, 对于-40℃~+60℃红外镜头的各个视场, 16线对的调制传递函数都大于0.5, 具有良好像质。所设计的红外镜头结构简单可行, 能够满足设计要求。

介绍了基础激励下机构随机振动响应的理论与分析方法.利用有限元分析软件ANSYS建立了某空间望远镜相关跟踪系统摆镜的有限元模型，并进行了随机振动响应分析.通过分析考察了其承受动力学环境的能力.对计算结果进行了分析.指出了现有结构中的薄弱环节，提出了改进方案，为摆镜的设计提供了重要参考依据.

分析了相关跟踪系统摆镜的设计要求, 对摆镜的减重方式进行了研究.选择SiC材料作为镜体材料, 设计了三种镜体结构.使用Ansys作为求解器对所设计的镜体结构进行了自重条件下的静力分析, 以及频率为100 HZ、振幅±0.1 mrad时的瞬态动力学分析, 并给出了不同镜体结构下的计算结果比较.为便于处理有限元结果数据和光学表征参量的关系, 在MATLAB环境下编写了统一数据处理程序.计算结果表明所设计的三种方案能够满足光学系统的性能要求.