对于空间相机来说，高分辨率要求相机的焦距要长，长焦距则会导致主次镜间距变大，从而导致空间相机的体积增大，空间利用率降低。为了充分减小空间相机发射时的包络尺寸，降低空间相机的发射成本，针对同轴三反式光学系统设计了一种基于空间四连杆的高精度可重复式次镜展开机构。对该次镜展开机构进行误差分析，对次镜展开机构的模型进行有限元分析以评估机构的可靠性，并设计了机构可重复性实验验证次镜展开机构的可重复性。次镜展开机构折叠后空间相机光轴方向长度由875 mm压缩为324 mm，体积压缩63%，展开状态下的基频为96.64 Hz，重复展开位移极限误差最大为15.61 μm，倾斜极限误差最大为16.89″。结果表明，该机构实现了空间相机体积的压缩，且锁紧状态下的基频符合在轨使用要求，重复精度满足光学系统要求，能够适应微纳卫星的运载条件，可以应用于航天实践中。

宽谱段高光谱相机能够更为全面地记录目标的光谱信息，是目前高光谱相机所追求的主要方向之一。然而，宽谱段势必会带来系统的色差和二级光谱过大的问题，从而对成像质量造成影响。因此，基于Buchdahl矢量色散分析方法，提出了一种基于线性渐变滤光片的宽谱段高光谱相机光学系统。该系统为一款焦距为100 mm、F数为5、视场角为14.2°且光谱范围在400~1000 nm内的像方远心透射式光学系统。基于该系统的高光谱相机可在500 km轨道处获得空间分辨率为21.5 m、光谱分辨率为10 nm、幅宽为125 km的图像。像质评价及公差分析结果表明，系统具有良好的成像质量并能够满足加工和装调的要求。传递函数测试结果表明，系统符合实际应用需求。

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时, 由于大气压力、温度、力学环境等的变化, 导致焦面离焦。为了满足成像质量要求, 相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求, 设计了一套调焦范围±3 mm的像面移动式调焦机构, 质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性, 防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器(16位)实时反馈靶面的位置信息, 以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明: 调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz, 可以有效地避免共振现象; CMOS靶面的直线性精度优于20″, 定位精度优于±4.2 μm, 满足调焦精度要求; 焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性, 满足了空间遥感相机的成像质量要求。