紫外-可见光(200～500 nm)成像光谱仪是空间遥感的重要组成部分, 本文基于机载紫外-可见成像光谱仪的特殊性和实际应用要求, 提出了一种采用面阵CCD的摆扫式成像光谱仪, 这样既克服了传统线阵CCD摆扫式成像光谱仪空间分辨率低的缺点, 同时又弥补了推扫式成像光谱仪视场范围有限的缺点, 能够满足大视场、 宽谱段、 高分辨率成像光谱仪的应用要求; 此外, 考虑400～500 nm波段中200～250 nm波段二级光谱的影响和<290 nm的短波区和>310 nm的长波区两个波段相差3个数量级的辐射波动, 采用了分波段、 分系统的方式独立进行消杂光光谱成像。 在系统结构设计方面, 本着高性能、 低成本的设计理念, 选用了两镜同心系统作为望远系统, Czerny-Turner平面光栅结构作为成像光谱仪系统的光学设计方案; 设计了一种不使用任何辅助光学元件, 全部采用球面镜结构的成像光谱仪。 整个系统结构简单、 紧凑, 性能优良, 可行性好。 全谱段、 全视场调制传递函数值在0.6以上。

利用修正的部分色散(P)和阿贝数(V)公式, 计算一些典型的普通光学玻璃在450nm～950nm波段的色散特性, 应用二级光谱理论, 采用普通光学材料, 设计了一个复消色差系统, 分析近红外波段光学系统的二级光谱特性及校正方法, 给出设计实例。设计结果表明：在可见光近红外波段, 采用重冕玻璃ZK4、ZK8和特种火石玻璃TF3组合实现了二级光谱色差的校正, 即从理论的0.18mm减少到0.084mm, 证明该系统有较好的消色差能力, 并且具有较长的后截距, 为安装像移补偿反射镜提供了方便。

面对空间遥感，尤其在目标特性的精细化识别中，要求成像光谱仪具有高灵敏度、高光谱分辨率与高能量通过力等优点.在同轴三反射光学系统的基础上，采用视场离轴方式，设计了一个三镜无遮拦全反射光学系统.次镜和光阑重合，无中间像，实现了高分辨率、大视场、长焦距的要求.光学系统的基本参数为：焦距f′=1 600 mm，视场角为2 w=18°×０．１４８°，相对孔径为１／１０,3个反射面均为二次曲面.设计结果表明，成像质量接近衍射极限，用此方法设计的光学系统在航天遥感领域具有很好的应用前景.

采用外视场拼接的实施方案实现了机载多光谱相机宽幅覆盖和高空间分辨率的需求.先通过探测能力估算和指标要求论证了子系统的设计参量，然后基于光线追迹的原理给出了光学子系统的设计结果.该子系统采用了6组共9片的双高斯复杂化结构型式，焦距为175 mm，相对孔径为1/3.6，光谱范围500～900 nm，全视场角18°.该设计结果成像质量高，色差、畸变及弥散斑尺寸均满足系统拼接要求.该系统对加工装调要求适中，可为该类多光谱相机的设计提供参考.

设计了一种对空间目标进行捕获并跟踪的可见光相机的光学系统.该成像系统采用了7组共8片的复杂化双高斯结构,焦距40.65 mm,相对孔径为1/1.7,全视场角28°,光谱范围为可见光谱段.该系统可完成对空间目标的捕获和跟踪测量任务,并提供目标图像信息.针对大视场大相对孔径的空间目标探测要求提出了光学系统参量的确定方法,结合设计实例给出一种双高斯向反远距演变的设计思路.

研究了近距离光电测距系统的工作特点，设计了近距离光电测距相机光学系统.基于几何相似法原理，提出几何相似法光电测量系统的测量过程是一个不等准确度测量过程.重点研究了不等准确度测量过程中的测量数据处理技术，给出了测量系统测量数据修正的方法.同时对比了修正前和修正后测量结果的差异，明确指出,采用不等准确度最小二乘法处理测量数据可以提高极近距离处的测量准确度.

建立了地表反射光模型，计算分析了地球背景反照光对空间目标的照明状况，得知地球背景反照光可以作为天基光电测量相机的辅助照明光源.同时对地气杂光进行了研究，给出了天基光电测量相机地气杂散光指标的设计要求.

设计了一种飞行训练使用的球幕投影仪光学系统．系统焦距为5．5mm，相对孔径为1／4，全视场角175°，光谱范围为可见光波段，采用了3组10片的反远距型结构．与普通投影系统不同之处在于，该系统在保证大视场的前提下有效地减小了场曲对像质的影响．给出了球幕结构对场曲影响的定量分析以及较为方便的屏幕半径选择方法．因全部采用国产玻璃而同时满足了国产化的要求．