对偏视场光学系统的遮光罩进行优化设计。偏视场在一个方向上非对称, 设计主镜内遮光罩需要进行光线追迹, 难度大。采用痕迹图方法获得光线在空间的位置坐标, 确定系统有效视场大小及挡光部分位置, 对内遮光罩的挡光部分进行开口处理, 得到一个上短下长的特殊“鸭嘴型”遮光罩, 降低设计难度。经过优化分析, 最终的主镜内遮光罩沿Z轴方向的尺寸缩减为原来的一半, 在Y轴方向上尺寸减小来降低非有效视场的大小。使用TracePro软件对设计好的遮光罩进行建模、仿真, 得到PST在离轴角度为30°时达到10-9量级, 小于系统的5.59×10-7指标要求。结果表明: 使用痕迹图法对偏视场光学系统的主镜内遮光罩进行设计是可行的。

使用光学设计软件设计了一种大视场可见红外一体化反射式光学系统, 可见光和红外视场的大小分别为5.2°和5.12°。在光学系统的轨道高度为675 km的情况下, 可对地面目标进行61.3 km和60.36 km的大幅宽观测。在光学系统采用偏视场设计将可见光和红外光的视场进行分离, 可以实现双光路、双波段、双视场同时成像观测, 避免了使用分光装置对光能量吸收造成损失, 提高了光能利用率。可见光系统选用一个焦距为9 000 mm的三反系统, 红外光学系统选用两个三反系统, 后置三反系统的入瞳与前置三反系统的出瞳位置重合, 系统总焦距为2 025 mm。经过优化, 可见光系统的MTF在50 lp/mm达到0.45以上, 红外系统的MTF在25 lp/mm达到0.65以上, 成像质量均达到衍射极限。

提高光学系统分辨率的主要方法是增大光学系统的通光口径，而使用子镜拼接得到一块等效大口径主镜是增大通光口径的常用方法。拼接主镜光学系统入轨后子镜进行展开，展开位置与设计位置偏差大小决定光学系统成像质量好坏，因此需要对子镜展开位置的精度进行分析。使用光学软件对拼接主镜光学系统建模，调整子镜6个自由度的位置误差得到其与系统成像质量的关系曲线。结果表明，针对不同位置的子镜，相同位置误差产生的系统波前误差的均方根（RMS）值大小不同，中层子镜对沿着X轴方向的移动敏感，而外层子镜对沿着Y轴方向上的移动敏感。通过对每个子镜单独分配位置误差与每个子镜分配相同的位置误差两种方式对子镜的展开精度进行误差分配，结果表明在产生相同波前误差的情况下，单独对每个子镜位置误差进行定义的精度相对较为宽松。

为了提高大口径望远镜的装调效率，对具有三点支撑变形的大口径三反射消像散望远镜在装调过程中的像散场分布进行了研究。采用矢量像差理论和孔径坐标变换，分析了在孔径光阑和非孔径光阑处反射镜存在三点支撑变形时，像散在望远镜失调和非失调情况下的分布特性。最后，在光学设计软件CODE V中利用条纹Zernike多项式Z10和Z11来模拟反射镜三点支撑变形引入的面形误差，通过实际光线追迹对像散场分布特性进行了验证。分析结果表明：当三点支撑变形位于主镜(孔径光阑)上时，不会影响望远镜的像散场分布；当三点支撑变形位于次镜或三镜(非孔径光阑)上时，将会产生与视场共轭成线性的像散项，导致望远镜在失调或非失调情况下的像散出现不同的分布特性。在最终装调时，通过分析像散场的分布可对望远镜的装调状态进行定性的分析，从而为大口径三反射消像散望远镜的装配提供指导。

空间遥感相机的空间分辨率、时间分辨率以及光谱分辨率不断提高，相机的观测谱段也得到了拓展，实现了多谱段观测。针对多谱段观测需求，通过计算以及光学设计软件设计研究了可见光与红外一体化光学系统。可见光部分系统焦距为6000 mm，F数为11.8，波段为400~900 nm。红外部分系统焦距为1280 mm，F数为2.5，波段为3000~5000 nm，两个系统视场均为1.4°×0.6°。可见光波段系统与红外波段系统共用前四片反射镜，五镜为二向分色镜，将可见光反射至五镜上方的时间延迟积分CCD中，红外波段透过五镜至后方校正镜组。整个系统无色差，结构较为紧凑，可见光与红外部分成像质量均达到要求。