空间目标由于距地相对较远, 且散射光信号受到大气介质的强散射, 在地基测量中很难获取到目标的准确信息。 近年来光谱观测技术蓬勃发展, 由此为空间目标测量提供了新的方案, 但在采集的目标光谱信息中, 由于目标轨道高度、 材料组成等大多相近, 很难直接从光谱曲线中分辨出目标。 为此基于双向反射分布函数（BRDF）散射理论, 建立了空间目标散射光谱成像模型, 并由1.2 m口径地基观测平台与光谱视频成像系统实验测量了一组高轨道同步卫星（GEO）目标, 光谱范围为400～720 nm, 光谱分辨率为2 nm。 采用径向基神经网络算法对光谱数据中的BRDF进行解混, 实验测量了六种空间目标典型材料的BRDF。 由于目标相对较远, 已经超出探测系统的衍射极限, 因此目标可视为点目标, 但在地基测量中大气层是阻隔在探测系统和目标之间的重要屏障, 目标光信号穿过大气层时会受到大气介质的强烈散射, 这种散射虽然很大程度上削弱了光信号, 但同时光信号也被按原结构放大。 依据光学记忆效应, 目标光信号穿过均匀大气介质后其结构仍保持不变。 基于以上分析, 目标光斑图像应该保留有目标投影结构的信息。 为此采用针对目标光斑图像纹理区域分割反演的方法, 将目标光斑划分为10个纹理区域, 并提取对应光谱数据。 通过探测系统传递函数标定以及减噪处理, 获得了观测时段在轨目标空间几何角度下的光谱曲线。 再利用建立的典型材料光谱数据库进行拟合反演。 结果表明: 在2号、 5号、 10号纹理区域反演出了区别于其他区域不同的材料类型。 同时, 反演的各纹理区的材料面积比也有较大不同。 为进一步评估拟合结果, 采用非奇异矩阵对拟合效果进行评价, 分析了扰动方程, 拟合准确率最高为85.283 3, 最低为76.982 7。 这说明拟合结果是相对真实的, 目标散斑图像中含有可分辨的目标投影结构信息。 此研究为揭开点目标成像探测和散斑图像结构识别提供了新的方向。

针对脉冲大电流放电实验中汇流装置因极强后坐力导致与轨道连接件断裂等问题，从力学特性入手，研究了高通流能力、长寿命、可操作的汇流装置结构。大电流致使汇流装置受到极强后坐力，为了削弱后坐力的影响，对汇流装置与轨道夹角不同的情况进行了几何结构设计和仿真分析。通过受力分析、初速度计算，得到高可靠性、方便操作的汇流装置优化结构，并可在实验室中得到应用。

针对ns级脉冲电流信号的测量, 设计了一种带磁芯的新型自积分式罗氏线圈, 具有信噪比高、动态范围广等优点。屏蔽盒开气隙防止涡流。屏蔽盒外层采用聚氨酯进行整体封装, 聚氨酯层厚度大于1.5 mm, 可耐受大于20 kV的冲击电压。采用高压方波发生器与Pearson4100线圈对罗氏线圈标定。罗氏线圈的参数为: 灵敏度0.018 8 V/A, 最高上升时间小于20 ns, 方波脉宽300 ns, 最大峰值电流300 A。

受大气蒙气差的影响，地基光电望远镜观测得到的星体或飞行器位置和实际位置存在偏差；空间目标的俯仰角越小，蒙气差越大。为了对空间目标进行较为精确的定位，需要对光电望远镜进行蒙气差修正。文中在分析光电望远镜原有的大气蒙气差修正计算模型的基础上，为提高低仰角观测时蒙气差修正精度，采用回扫任务目标轨道附近恒星进行误差修正的方法对回扫得到的蒙气差修正量曲线进行大量实验总结并进行多项式拟合，最终得到针对低仰角长波红外观测的蒙气差修正公式。经过多次实验验证，长波红外系统起跟仰角由10°降低至2°，目标捕获时间提前50 s以上，可观测飞行器部件分离等关键特征点。实验结果表明文中方法有效降低了低仰角蒙气差修正误差，提高了长波红外系统的跟踪精度和捕获能力，具有实际工程应用价值。

采用地基光谱探测技术, 观测到了最低亮度为4.2星等的空间碎片其分辨率为0.5 nm的高精度散射光谱。 并对卫星残骸和火箭残骸的光谱数据进行了归一化处理和离散率分析, 得到了不同类别目标的明显区别。 火箭残骸的多帧散射光谱归一化后线型一致, 而对于卫星的多帧散射光谱归一化后线型不一致, 对归一化的空间碎片的每一帧光谱求离散率, 得到的结果为火箭残骸的离散率低, 都在0.978%～3.067%之间, 且波动差值及平均值较小; 而卫星的每帧归一化散射光谱的离散率高, 在3.1184%～19.4727%之间。 且波动差值及平均值较大。 原因是火箭残骸的结构简单, 组成材料较单一, 卫星的结构复杂, 组成材料较多。 因此散射光谱分析可以应用于空间碎片分类的研究。

近年来，由于传统的电互连技术暴露其固有的瓶颈问题，光互连技术成为研究的热点。而有机物光波导以其独有的优势，在光互连中占据了主要地位。聚硅氧烷光波导是最适合850 nm 波段的有机物光波导之一。研究波导的过程中，一直存在着难题：如何实现波导的高精度无损测量。而电荷耦合器件(CCD)无损测量法具有操作简单等优势成为研究的热点。针对CCD 测量法中存在的如何保证测量图像中光的传输方向，保持较高精度水平以及如何较高精度地确定CCD 视场内的波导通光长度问题，提出了聚硅氧烷光波导损耗无损测量图像的消旋理论和方法，以及估计CCD 视场内波导通光长度的理论和方法，并和传统的截断法结果进行了对比，验证了方法的正确性和有效性。

为获得大电动力、低温升、高结构强度的轨道型电磁发射器，分析了脉冲大电流电磁轨道发射装置的工作性能，对电感梯度、通流能力进行了判定，并分析了重力、电枢电动力与螺栓预紧力共同作用下电磁轨道发射装置的力学特性。结果表明: 在导轨长度及截面宽度固定的情况下，截面厚度越小，电感梯度越大;截面厚度越大，温升越低。为了获得大电感梯度、低温升并考虑材料成本，应合理设计各个部件的形状及尺寸。

利用地基光学望远镜观测空间目标时，大气湍流是影响成像质量的主要因素。由于大气湍流引起成像波面的畸变，导致望远镜所获得的图像模糊。为了从模糊图像中复原出目标的原始图像，提出了一种基于大气相干长度的湍流点扩展函数估计方法，进行了理论推导，并利用Sobel方法对迭代相同次数后的盲卷积复原图进行像质评价，找出像质评价结果峰值处对应的大气相干长度；再将此值代入点扩展函数的估计公式中，得到点扩展函数更加准确的估计；然后利用此点扩展函数对湍流模糊图像进行盲卷积图像复原，最后得到目标的复原图像。从多种像质评价结果来看，该方法无需测量大气相干长度，且复原效果较理想。

全息模式波前传感器是利用复合全息元件对待测波前中像差模式进行直接测量的一种新型波前传感器，其中的复合全息元件可编码设计多阶Zernike像差模式。提出一种有效方案以编码设计振幅型复合计算全息元件，该方案通过将多个编码有某阶Zernike像差模式的透过率调制扭曲光栅叠加产生振幅型计算全息元件。在小像差近似条件下推导了传感器输出信号与Zernike像差模式系数的解析关系。编码设计了振幅型复合全息图，并研究了其对单阶和多阶Zernike像差模式的探测性能。利用液晶光阀加载复合全息图进行了验证实验。所得实验结果与数值模拟结果基本一致。

通过空间目标的光度测量可判断目标在轨运动特性和进行编目识别。对光电望远镜在卫星姿态判定领域的应用进行了介绍, 验证了一种暗弱目标识别算法, 即霍夫变换。通过仿真计算分析了影响极限探测星等的因素, 并从目标成像后在探测器上获得信噪比的一般计算公式出发, 推导计算得出光电望远镜的极限探测星等理论值, 并使用星图比对的方法进行了试验验证。结果表明, 星图比对法是一种可靠的星等测量方法。