非球面光学元件检测中，获得准确的面形信息是实现元件确定性制造的关键因素之一。在无像差点法检测离轴非球面中，为了实现反射镜的高精度检测，对其干涉检测结果中的误差信息进行了分析。利用偏心光学系统的波像差分析方法，分析了在非球面检测系统中，被测镜的调整误差对系统波像差的影响，建立了调整误差分离的数学模型。利用该模型对离轴非球面反射镜进行实际的调装实验，经过四次调整，被测离轴二次非球面的最终检测的方均根结果为0.037λ (λ=0.6328 μm)，有效地提高了检测效率。

根据非成像光学原理，提出了基于经纬划分和切面迭代的自由曲面求解方法。先在三维坐标系中建立自由曲面与目标面的相对位置模型，并对自由曲面沿经纬方向角度均分；再根据自由曲面各经纬带上能量与目标面各微带上能量对应相等，实现目标面网格划分并求得与自由曲面各网格对应的目标节点坐标；选取自由曲面初始网格节点，利用Snell方程和切面迭代法，沿经纬方向分别求解，得自由曲面各节点坐标，即可拟合成所求自由曲面。对用该方法设计的LED透镜进行模拟，结果表明对于目标面为轴对称区域的均匀照明，该方法可快速精确地获得对应的光学系统，使得LED光源能够广泛应用于道路照明系统中。

分别从暗电流、相对定标、绝对定标三个方面详细介绍了某TDI-CCD空间立体相机的辐射定标原理，简要描述了辐射定标过程，并对所测量的数据进行了处理和分析，其中主要分析了暗电流和相对定标的数据处理。暗电流作为一个直流分量，为了有效地去除，比较了处理暗电流的两种方法; 相对定标过程中，经过大量的数据分析，求得各个状态的定标矩阵，并且在误差允许的范围内，对这些定标矩阵进行了最优化，得到一组对各种状态均适用的最优定标矩阵。经过验证，用最优矩阵处理任意一幅图像的平均偏差一般在0.08～1.5灰度值之间，最大误差为2.80%。从而在实际应用中降低了定标程序的复杂性，也大大简化了后期图像的处理工作。

反射系统具有体积小、重量轻成像性能优良等特点, 在航天遥感中具有重要的应用潜力。分析了基于PW方法的四反射镜系统像差理论, 推导了由系统遮拦比和放大率表示的系统初级像差表达式, 并给出了四反射镜系统的基本设计过程。设计理论和方法适合于同轴四反射镜系统和离轴四反射镜系统的初始结构设计。基于PW方法的设计理论, 设计了空间遥感用同轴四反射镜光学系统和一离轴四反射镜系统。两系统成像质量良好, 结构紧凑, 筒长与焦距之比可达1/6.4, 体积和重量均满足技术指标要求, 体现了四反射镜系统的优势, 证明了理论分析的正确性与实用性。

阐述了基于相位差法(PD)的波前误差传感技术的基本原理,针对该方法的优化目标函数非线性度较高等特点,提出了基于遗传算法(GA)的改进相位差法。对遗传算法的基本特点进行了分析,遗传算法因其高效、并行和全局搜索等特性,非常适合对相位差法的全局寻优。建立了由三个子镜组成的稀疏孔径系统,给各子镜加入不同的活塞光程差,分析了其优化目标函数的变化情况,并采用遗传算法对该函数进行了全局寻优。通过实验模拟结果表明,遗传算法可寻得系统的全局最优值,其所寻得的活塞误差估计值与真实活塞光程差的均方根(RMS)可以达到0.04λ,具有较高的传感精度。

提出了一种由九个孔径组成的稀疏孔径结构.给出了该孔径结构的光瞳函数,并分析了其孔径结构的特点.具体对不同填充因子时的新结构进行了仿真,得出了新型稀疏孔径结构的调制传递函数的分布特点,以及系统的等效直径和调制传递函数的变化情况.对新型稀疏孔径结构与三臂结构进行了比较和分析,新结构的传递函数分布比较均匀,对频域有较大的覆盖面积,系统的等效直径较大.新结构在等效直径和调制传递函数的均匀性方面优于所比较的三臂稀疏孔径结构,新结构在成像性能方面具有一定的优势.

分析了由九个子镜组成的稀疏孔径结构-正六边九子镜结构,介绍了其子镜的具体分布形式。在光学设计软件中得到了系统在不同填充因子时的调制传递函数(MTF)的分布情况。该结构的MTF分布呈正六边形，分布比较均匀，空间截止频率较高，可以产生较好的频率响应。对系统进行了模拟成像，针对系统孔径稀疏化后的成像质量严重下降问题，分别采用维纳滤波和L-R滤波对成像结果进行复原。以稀疏孔径成像系统与单大口径成像系统的成像结果间的标准差作为像质评价指标，对两种滤波器的复原结果进行对比分析。系统填充因子提高后，成像质量逐渐提高。采用维纳滤波和L-R滤波对填充因子10%和约25%时的成像结果进行复原，维纳滤波后系统的标准差分别下降了12%和14%，L-R滤波后的标准差分别下降了8%和11%，系统的成像质量大幅度提高。模拟成像结果表明,正六边九子镜结构可以达到较好的成像质量,具有较好的实用价值。