为克服在轨单粒子翻转并实现灵活可靠的多工作模式, 设计了基于 Xilinx现场可编程逻辑器件和上海复旦微刷新芯片的刷新成像系统。使用单组菊花链结构的串行总线进行5组刷新成像单元串口控制, FPGA将接收到的数据内部转换后再对刷新芯片配置或重注。通过刷新使能信号控制刷新芯片是否加电, 同时决定FPGA以主并工作方式从PROM加载还是从并方式在刷新芯片的控制下加载。通过控制电平设置, 实现加载数据源的选择。在各供电电源完毕后, 使用外部的复位信号对刷新芯片进行复位, 满足刷新芯片复位后立即启动配置的时序要求。实验结果表明, 以波特率625 kbit/s菊花链方式, 传输单包204 byte的数据仅需0.377 6 ms, 远低于刷新串口所需的2.01 ms, 可以进行多组的分时工作。采用少量单端控制信号结合菊花链串行总线的刷新成像系统, 多种工作模式稳定可靠, 具备设计灵活性和在轨可维护性。

针对某Ф2 020 mm主反射镜, 为了保证空间红外相机主反射镜具有良好的面形精度及较高的一阶固有频率, 对其支撑结构进行了针对性研究。根据反射镜的尺寸形状和面形精度要求, 确定了反射镜的背部支撑方案。设计了采用两种柔性方式串联的柔性结构用于主反射镜的支撑, 并确定了柔性环节的应力最大位置。采用有限元方法对反射镜组件在力热耦合状态下进行了仿真分析, 结果表明反射镜全口径最大面形误差RMS值为27.02 nm, 组件一阶谐振频率为95 Hz。对相机处于装调状态装星状态时反射镜的面形进行了有限元分析, 结果表明满足总体对主反射镜的设计要求。

为提高多路高速串行图像数据传输在航天应用中的FPGA IO利用率, 同时克服接收到的多路并行恢复数据相对相位不确定性问题,采用时钟分路器同时为多路TLK2711和FPGA提供低抖动时钟。对于串行数据发送, 采用FPGA内部的数字时钟管理单元(DCM)对发送数据的相位进行调整, 并采用TLK2711的内部环回功能进行发送数据和时钟相位的动态自适应调整。对于串行数据接收, 采用高速异步数据缓存将多路相对相位不确定的数据调理为参考相同时钟, 最终转换为满足Camera Link接口协议的图像数据。实验结果表明, 采用时钟分路器可大大降低时钟抖动, 该传输系统工作稳定可靠, 最大传输速率可达6.8 Gbit/s。此方法可大大提高FPGA内部的资源利用率, 实现多路并行恢复数据的相对确定相位, 满足多通道基于TLK2711的高速串行数据的高稳定传输要求。

像移补偿是保证星载红外探测器成像质量的关键技术之一, 针对某星载红外探测器光学系统的设计特点和成像工作模式, 为补偿红外探测器在轨运行方向产生的像移和摆扫方向产生的像移, 提出分别对俯仰方向快速反射镜和方位方向快速反射镜实施控制的方案。首先介绍红外遥感原理及像移现象; 其次详细分析红外探测器光学系统的设计特点和光学系统组成; 然后重点分析了红外探测器在轨工作中的像移产生的原因, 并计算出在轨运行方向产生的像移量和摆扫方向产生的像移量; 最后提出像移补偿方案, 阐明其工作原理, 并对像移控制系统硬件设计进行了详细分析。计算结果表明所设计的像移补偿系统的运动范围和运动加速度满足红外探测器技术指标的要求。

针对某离轴多光谱相机焦平面高精度的装调要求, 设计了焦平面组件, 阐述了装调、检测的仪器设备和方法。首先将焦平面组件安装至镜头, 测量并解算出CCD光敏面的角度和位移偏差, 接着根据偏差确定调整垫修研量, 进行初次修垫并重新安装, 然后利用调整工装微调CCD姿态至满足指标要求, 调整垫处打销钉定位, 最后根据拟合出的最佳焦平面位置再次修研调整垫, 利用销钉复位完成装调工作。检测结果表明, 相机的CCD光敏面相对于设计焦平面三维角度偏差分别为Δα=-67″, Δβ=19′, Δγ=132″, 三维位移偏差分别为Δx=-0004 mm, Δy=0006 mm, Δz=-0070 mm, 相机四谱段、全视场MTF优于025, 满足设计和装调要求。测量和解算误差分析表明, 所用的设备与方法能够满足装调精度的要求, 可以为此类相机的研制提供一定的技术参考。

为了解决离轴三反光学系统装调过程中由于连接、紧固、温度变化等产生的应力导致反射镜面形和系统像质恶化的问题，提出了无应力结构设计和装调方法。采用内外框结合的方法设计反射镜组件，同时设置柔性变形环节，增加应力源与镜面间传递距离来削弱应力对反射镜面形的影响。系统框架采用非固定的定位方式，使用3个高精度钢球和相应的锥形孔、V型槽和平面底座约束框架的六自由度，通过两个基准立方镜和莱卡经纬仪监视框架的微位移，数显千分表监视反射镜六维调整架的移动和复位。经初装调和计算机辅助精装调后，系统全视场平均波像差均方根（RMS）值达到0.068λ；修垫、连接后为0.070λ，在奈奎斯特频率处的全视场平均调制传递函数（MTF）为0.720，均满足设计指标，得到的结果证明了装调方法的可行性。

针对离轴多反射式空间相机设计了一种胶接桁架支撑结构。采用T700碳纤维复合材料制造桁架杆, 钛合金材料制造杆接头, J133环氧树脂胶作为黏合剂, 桁架杆两端的钛合金接头作为相机各组件的接口。给出了装调和胶接的辅助设备及相应的方法和步骤: 即利用工装进行预装调, 确定杆接头位置; 然后通过抹胶完成正式装调, 利用定位销钉实现杆接头复位; 最后在室温下固化5~7天, 拆除工装和销钉后桁架装调完毕。有限元分析和力学振动试验表明, 固化完成的桁架一阶谐振频率优于90 Hz, 所支撑镜头的一阶谐振频率优于70 Hz。对力学试验前后桁架的各反射镜接口平面度进行了测量, 结果显示其最大相对偏差为5.3%, 平面度均优于0.15 mm。得到的结果表明该桁架的刚度及尺寸稳定性均满足设计要求。

针对高分辨率、宽覆盖面积、全天时海洋目标的红外侦察与搜索需求，设计了一种大口径、长焦距的同轴折反射式中波红外光学系统。其工作轨道高度为1200 km，波段为3.7~4.8 μm，星下点地面像元分辨率优于10 m。通过分析计算确定系统焦距为3000 mm，相对孔径为14。采用镜头前组摆扫方式实现了视场角14.203°，地面覆盖宽度为300 km。利用调焦机构在10 ℃~30 ℃温度范围内主动消热差，在奈奎斯特频率21 lp/mm处全视场调制传递函数(MTF)大于0.39，接近衍射极限。实现了100%冷光阑匹配以抑制系统自身的杂散辐射。设计结果表明，该系统各项性能指标和结构的可实现性均满足要求。

介绍了一种小型大变倍比变焦相机的主要技术参数，以及采用的变焦方法; 详细描述了相机的组成结构，其中变倍和补偿透镜组通过滑架在主体内滑动，其运动轨迹取决于导钉在凸轮曲线槽内的运动状态; 阐述了加工和装调过程中为保证相机设计质量而采取的精度保证措施，凸轮曲线槽与滚子的配合间隙应控制在6~ 9 μm，确保主体的刚度和圆柱度，变倍和补偿滑架在主体内滑动时的返回空回误差＜2″，滑架直径D与滑架长度L之间的比值≥1。经高低温和振动试验后检测结果表明：在50 lp/mm空间频率下，相机光学传递函数＞02，相机外景成像清晰，层次分明。