为满足红外成像产品在复杂多变环境下的适应性并实现产品的使用功能，对空间冷光学长波红外相机设计进行了研究。首先进行了相机的结构设计；然后运用Partarn/Nastran有限元软件对相机进行了分析，探究了温降和重力对各透镜面形的影响，计算了相机的前三阶模态，并对相机进行了波像差测试；最后在真空低温环境下完成了相机的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测试。试验结果表明，相机中心视场面形的均方根(Root Mean Square, RMS)值优于1/50λ，MTF计算值为018719，满足低温红外相机成像的精度要求。

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。

为明确星敏感器支架受空间环境影响产生的变形对星敏感器定姿精度的影响，对星敏感器支架的结构/热稳定性进行了研究。通过有限元法对星敏感器支架进行刚度分析，将热分析获得的在轨极端工况下的温度数据映射至结构模型上计算得到热变形，利用最小二乘法得到各星敏感器光轴矢量，最后进行试验验证。结果表明：星敏感器组件的结构基频为429 Hz，与分析结果相差不超过2%，试验前后星敏感器光轴与基准坐标系各轴夹角最大变化不超过5″；在轨期间星敏感器支架最大温度波动小于2 ℃，星敏感器光轴变化最大为4″~5″，与分析结果一致。星敏感器支架的结构/热稳定性良好，能够满足星敏感器定姿精度要求。

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。

考虑几何精度对三线阵CCD立体测绘相机测绘精度的影响, 研究了测绘相机组合体的装调方法以建立和保证相机的空间几何关系。首先, 介绍了测绘相机组合体的结构和坐标系的定义; 其次, 提出了各基准立方镜和相机的装调要求; 最后, 确定了多相机集成装调流程, 重点介绍了测绘相机的装调步骤。装调结果表明: 各相机的光学传递函数＞02, 畸变＜003%, 测绘相机的空间几何关系满足要求, 提出的集成装调技术有效地保证了测绘相机的空间几何关系。

研究了光学镜筒的设计、加工和装配。从材料选取、结构形式确定和性能分析等方面论述了测绘相机光学镜筒的设计过程,探讨了透镜支撑结构-薄壁壳体的加工方法。最后,介绍了单镜组和主镜筒的装配过程。通过比较,选取铸钛合金ZTC4作为镜筒的材料,采用单镜组加筋壳结构的组合形式,运用PATRAN/NASTRAN软件对主镜筒的分析表明其结构强度和刚度很好,可满足相机结构要求。薄壁壳体通过精密铸造,再经过车削而成,各定位阶梯内圆柱面同轴度达到0.01 mm。镜筒装配要点是无变形安装固定透镜、精确控制空气间隔和高精度定心。装配完成的镜头光学传递函数达到0.43(77 lp/mm),满足测绘相机精度要求。

根据光纤的强耦合模理论,阐述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作基理,并研究了熔融拉锥法制作单模光纤耦合器的过程,分析了各参数对耦合器性能的影响,利用光学测试系统测试了光纤耦合器各光学特性参数.经大量实验表明,强耦合模理论与实验结果吻合,说明该方法的可行性;同时拉锥法制作的光纤耦合器具有较好的性能特性,表明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、方向性好、均匀性好、环境稳定以及成本低廉等优点.