针对航测相机对地摆扫成像过程中的动态像移问题，采用两镜望远系统的矢量像差理论，将次镜作为像移补偿元件，通过次镜多维运动实现航测相机的综合像移补偿。次镜在对像移进行补偿的过程中会发生偏心和倾斜，导致次镜离轴，影响成像质量，因此，建立了失调折反光学系统成像模型，研究次镜像差场偏移矢量与次镜失调量之间的关系，并分析次镜多维运动对成像质量的影响。为验证次镜多维运动的像移补偿能力，搭建实验平台对该航测相机进行了实验室内以及外场成像试验。结果表明，采用该像移补偿技术的航测相机动态分辨率可达74 lp/mm，且像移补偿精度优于0.5个像素，达到设计预期。

针对航空光电遥感器在不同工作环境下会产生离焦这一问题，采用移动镜组方式进行调焦，以保证其成像质量。该调焦机构采用消间隙丝杠螺母副作为传动机构，采用六个精密轴承及弹性预紧组件作为导向机构，同时采用一对电涡流传感器及一个菱形被检测件作为测位移传感器，在有限包络尺寸下最大程度保证其调焦精度。从传动误差和传感器组件误差两方面对调焦机构进行精度分析，并且搭建实验平台对其进行了传动定位精度实验和晃动精度实验。实验结果表明，该调焦机构的传动定位精度在±6 μm以内，晃动精度在±4″以内，满足光学系统提出的调焦精度设计要求。

变焦系统中，动组间相对位置的变化会导致各镜组的初级像差特性发生变化，环境温度的变化还会导致各焦距位置热差的改变，给无热化连续变焦系统的设计造成较大困难。针对该问题，从光学系统像差模型出发，将变焦系统像差分为定组像差、动组内像差和动组间像差三类，并结合变焦系统的消色差和消热差模型，讨论了无热化连续变焦光学系统的设计原则，及变焦系统设计中各组元的光焦度分配和材料选用方法，给出了一个宽波段连续变焦光学系统设计实例，该系统F数为5、焦距范围为8~120 mm、焦面对角线长6.2 mm、波长范围为0.48~0.68 μm和0.7~0.9 μm。所述系统仅采用了七种普通光学玻璃材料，透镜总数12组16片，总长仅90 mm，在−40~60 ℃范围内，变焦全程均具有较好的成像质量和公差特性。

针对现有水下光学系统中存在的主要不足，就某大视场水下连续变焦光系统指标要求，从水下光窗选型、光窗畸变、色差等的影响入手，分析了水下平板光窗引入的相对畸变和倍率色差特性，给出了相应的应对措施。结合水下工况对包络和工作距的要求，给出了一种三组联动的变焦系统设计模型和相应调跟焦组件的设计方法；通过在PNNP型结构中引入像差稳定镜组，对动态像差做稳定和补偿，改善了光学结构的像差校正能力，同时规避了凸轮曲线断点问题；通过在物方侧镜组中设置调跟焦镜组，保证了变焦全程对近景目标的清晰成像。完成了一个4 K水下大视场连续变焦光学系统设计，该系统工作距为0.5 m~inf，设计波段为0.48~0.64 μm，采用3840×2160高灵敏CMOS面阵探测器，像元大小为2 μm，变焦全程F数最大恒定为2.8，可实现全视场5.9°~62°、10倍以上连续变焦功能，具有较短的变焦行程、平滑的变焦轨迹、优良的成像性能等优点。

借助微分方法，提出光学系统内的消波段间色差和波段内色差条件，建立了扩展的复消色差理论，通过对比各自波段和全波段的折射率-色差系数，进行材料配对，并迭代优化校正各类像差。由此介绍了几种多波段共孔径光学系统的实现途径和具体设计实例，包括：透射式结构的宽波段及多波段成像物镜光学系统；透射式结构的中波/近红外二次成像变焦系统；透射式结构的中/长波红外二次成像变焦系统；通过反求工程（Reverse Engineering）设计了AN/AAQ-33“狙击手XR”吊舱采用的中波/近红外共孔径透射式前置望远系统主光路；AN/ASQ-228 ATFLIR吊舱采用的共孔径离轴三反射式消像散前置望远系统主光路；AN/AAS-52 MTS-B吊舱采用的同轴偏视场三反前置望远系统主光路；EKV采用的同轴四反二次成像系统；拓展介绍了采用同轴折反式前置望远+后置成像结构的光路结构，包括同轴折反式中波/短波/近红外和长/中/短波红外望远系统+后置分光成像系统的设计；以及一些典型弹载光学系统共孔径或共光路的设计。