光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标。基于为数字航空摄影相机设计的一种新型航空镜间快门的工作特性，镜间快门在控制曝光过程中改变了相机光学系统的光瞳形状，意味着点扩展函数的改变，从而改变了光学系统的传递函数。将光学系统视为一个空间频率的滤波器，以傅里叶积分变换和光的标量衍射理论为基础，将孔径光阑的变化过程与光瞳函数建立关系，应用二次傅里叶变换法得到光学传递函数，分析快门在工作周期内对光学传递函数的影响。通过对计算结果与测量结果的对比分析可知，传递函数的最大绝对误差为0.196，最大相对误差为-0.274，有较好的准确度和重复性，并且缩小镜间快门开始和关闭阶段所用时间占整个曝光时间的比例，可以提高系统的综合传递函数，为中心快门的优化设计提供理论依据。

测绘相机几何标定在航空测绘中具有重要作用。具有测绘功能的相机在使用前 必须经过标定。分析了测绘相机几何标定的基本原理和方法，然后对精密测角算法、改进精 密测角算法、三维试验场标定法、张正友标定法、径向排列约束(Radial Alignment Constraint, RAC)标定法以及自标定方法进行了具体分析，并 给出了各种标定方法的精度对比及评价分析，从而为处于不同环境条件下的航空测绘相机的几何标定提供参考。

对航空 CCD相机机械拼接焦面搭接区域内由于 2个 CCD像移量不同导致的像点错位问题进行了分析。首先, 根据航空中心投影成像的几何关系, 给出了正直摄影时地面起伏导致的搭接区相对像移量, 然后, 由共线方程出发, 建立了搭接区相对像移量的数学模型, 分析了载机姿态、地面起伏、 CCD拼接距离等因素对搭接区相对像移量的影响。最后, 根据建立的数学模型及工程应用实例选取了补偿载机姿态变化的稳定平台, 并给出了搭接区相对像移量的数值分析结果。本文建立的搭接区数学模型对采用机械拼接方案的航空相机具有一定的工程和应用意义。

为了提高彩色大面阵航空测绘相机的成像分辨率和测绘精度，对其前向像移补偿的可行性进行了分析，并设计了前向像移补偿机构。根据航空成像的中心投影模型，研究了前向像移补偿下航空测绘相机内、外方位元素的变化对成像过程的影响，证明了前向像移补偿的可行性；设计了一套基于等径共轭凸轮机构的前向像移补偿机构，并分析了各种误差因素对测绘精度的影响；提出了基于仿射变换的误差纠正方法。实验结果表明，提出的前向像移补偿方法正确，机构引入误差的纠正精度可以达到0.001 mm。

为了提高航空测绘相机的制图精度，研究了前向像移补偿过程中测绘相机畸变的纠正方法。根据光学像差理论对畸变的影响因素进行了分析，得到了前向像移补偿过程中影响畸变的关键参数。考察了主点、主距等参数变化对畸变的影响规律，在此基础上提出前向像移补偿下畸变的计算模型。依据提出的模型对前向像移补偿下的航空测绘相机进行了数学仿真及外场飞行实验。结果表明，提出的算法稳定、有效，可以有效地纠正前向像移补偿时航空测绘相机的畸变，平面位置中误差较传统纠正方法可提高1.38倍。

对尺寸为460 mm×290 mm的SiC扫描反射镜的轻量化和支撑结构的设计进行了研究。基于三角形和矩形的复合轻量化结构，采用镜体背部为开放和封闭相结合的形式，设计了一种新型的扫描反射镜组件。该组件采用侧面支撑方式和轴向柔性结构，有利于消除支撑结构材料热膨胀系数不匹配产生的热应力对镜面面形的影响。有限元方法分析结果表明：反射镜组件在1 g重力载荷和8 ℃温度变化作用下，反射镜镜面的面形误差RMS值分别为45 nm和203 nm。该反射镜轻量化形式和支撑结构满足光学成像要求，并可有效提高结构的稳定性，对于大尺寸反射镜组件的设计具有借鉴意义。

提高彩色大面阵航空遥感相机地面分辨力需设计像移补偿环节以消除工作时CCD 像面的像移，本文在分析航空遥感器4 种像移补偿方式及像移补偿机构设计原则的基础上，针对某航空遥感器的要求设计了一种前向像移补偿机构，利用等径共轭凸轮机构将电机旋转转化为直线运动，并配合精密直线导轨约束运动自由度。具有传动简单，精度较高的优点，可有效的避免传动误差。分析了原动件输入速度波动、制造误差对像移补偿残差的影响，并对像移补偿总体效果进行了评价。试验数据及数据分析表明，像移补偿机构的补偿残差小到600 μm/s，动态目标发生器及外场航拍图像良好，满足使用要求。

为了提高航空遥感器的地面分辨率，改善图像清晰度，本文分析了遥感器离焦原因，根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式，设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮，以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明: 该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm，满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小，焦距较短的遥感器。

针对精密测角法标定测绘相机内方位元素中理论误差和观测点分布状态对标定精度影响的问题，提出了一种基于精密测角法的分组渐进标定算法。提出的算法包括2个部分：采用分组渐近方式调整精密转台零点位置，减小了理论误差；对每组观测数据引入了数据一致性约束，消除观测值分布、数量对标定结果的影响。最后，给出了分组渐进算法的精度分析。实验数据显示，在相同试验环境条件下，分组渐进标定算法中主点、主距标定精度比精密测角算法分别提高了2.43倍和2.00倍，可达到2.12 μm和4.02 μm，表明分组渐进标定算法提高了标定精度。

为了在空间光学遥感器大尺寸反射镜柔性支撑结构的试验研究过程中获得柔度特性试验数据, 设计了一种结构紧蹙的单轴柔性铰链试验装置, 采用该装置在材料拉伸试验机上同时实现了端部弯曲和纯弯曲试验功能。该装置利用杠杆原理实现纯弯曲加载, 并采用由刚性辊子组成的约束通道对纯弯曲组件进行约束, 从而降低了摩擦对载荷传递的影响。试验过程的模拟分析表明, “L”型下推杆引起的横向偏载是影响纯弯曲试验的主要因素, 最大横向偏载可控制在4.783 N。试验结果和有限元分析结果及理论计算值取得了很好的一致性。与有限元分析结果相比, 试验结果和理论计算值都稍偏小, 试验值最大偏差为3.87%。该装置为光学反射镜柔性支撑的试验研究提供了有效的解决方案。