针对1.2 m大口径望远镜主镜支撑系统, 为保证主镜面形精度均方根要求, 提出了一种有效的装调方法。该主镜支撑系统结合运动学原理, 分别设计了Whiffletree轴向支撑和柔性切向杆侧向支撑结构, 以保证其在较大温差范围内(-20~60 ℃)以及不同俯仰状态下(垂直-水平)始终具有较好的面形精度。机械加工误差及安装误差使柔性机构在组装过程中极易引入装配应力, 明显地增大主镜表面变形。借助于有限元软件对装调过程中可能出现的误差进行仿真分析, 根据结果制定装调流程, 并对实际装调进行指导。完成主镜支撑系统装调后, 采用补偿器和干涉仪对主镜的垂直检测及水平检测, 检测出两种状态下主镜的实际面形误差分别为λ/42和λ/31(λ=632.8 nm)。

针对大口径望远镜由于自身尺度的增加以及钢桁架结构所带来的阻尼不足的情况, 开展了大口径望远镜阻尼调制技术的研究, 提出了一种基于动力学模型的调制质量阻尼器的设计方法。首先分析了现有的大口径望远镜的阻尼调制策略, 选择了使用专门的阻尼调制器的解决方案; 之后, 研究了建立系统动力学缩减模型以及基于该模型的动力学检测方法, 为阻尼调制器的设计打下基础。最后, 设计了适应某大口径望远镜主镜模态的调制质量阻尼器。为验证文中的正确性, 针对一阶固有频率为172 Hz实验系统进行了阻尼调制实验, 使用调制质量阻尼器后, 该频率所对应的响应有明显的下降。同时, 对于用于验证的大口径望远镜, 计算得到其141 Hz的主镜模态对应的调制质量阻尼器质量为7.015 kg。刚度为5.506 N/mm。提出了一种基于动力学模型的调制质量阻尼器的设计方法。分析了现有大口径望远镜的阻尼调制策略, 选择了使用专门阻尼调制器的解决方案, 不仅可指导下一代望远镜的建设工作, 还可以对现有设备进行有效的升级。

针对1.2 m微晶主镜, 提出了基于6套柔性切向杆机构的侧向支撑与基于18点半柔性Whiffletree机构的轴向支撑相结合的新型主镜支撑方案，用于保证该主镜在较大温差范围以及不同俯仰角度下始终保持良好的面形精度及较高的系统刚度。 分析了该机构的工作原理，实验测试了主镜的面形精度及支撑系统的模态。机构分析表明该支撑方式可有效保证主镜定位精度和面形精度，并具有热解耦能力; 有限元分析确认系统具有良好的支撑性能; 面形精度检测得出主镜光轴垂直面形精度RMS达15.25 nm，光轴水平面形精度RMS为20.75 nm，模态测试则获得主镜支撑系统的一阶固有频率为60.3 Hz。实测结果验证了该新型主镜支撑系统具有良好的面形保持能力及支撑刚度，分析结果与实测结果符合度较好，主镜光轴垂直和水平状态面形精度RMS的相对误差分别为14.0%和17.8%，一阶固有频率相对误差为10.8%。得到的结果验证了有限元建模及分析的可信性，支撑系统设计方案的合理性及相关理论推导的正确性。

针对某大口径光电探测设备技术指标设计了一种口径为 1m级，焦距变化范围为 2000～6000 mm的大口径、长焦距可见光连续变焦系统。比较了以往的连续变焦结构优缺点，选取了合适的凸轮机构并进行了详细地结构设计。利用有限元软件对连续变焦距系统中的关键结构件凸轮进行了静力学和动力学分析。计算了该种凸轮结构下的连续变焦距系统的精度为 3.3 .m，满足系统的测量要求。

针对中型反射镜提出了一种柔性半运动学支撑方式, 以便简化主镜的支撑结构, 降低安装应力对主镜的影响, 以及提高主镜支撑对温度变化的适应性。对比小口径主镜的刚性半运动学支撑, 详细阐述了柔性半运动学支撑的特点和优势。运用该原理对一口径为710 mm的主反射镜的支撑进行了设计、分析、和检测, 其中反射镜的轴向采用6点带有柔性细杆的Whiffletree支撑, 径向采用带有柔性环的中心轴支撑。然后, 利用有限元方法进行了详细的结构优化设计。最后, 利用4D干涉仪对主镜竖直和水平两个工况进行了检测。检测结果显示: 反射镜的支撑面形与加工面形误差分别为8.7 nm和8.4 nm, 与有限元分析结果基本吻合, 验证了文中有限元建模和分析方法的合理性。提出的柔性半运动学支撑很好地保证了主镜面形精度, 综合性能良好, 达到了设计预期, 为中型主镜的支撑设计提供了重要的参考。

大型光电望远镜在空间目标探测和天文观测中发挥的作用越来越大,它的探测能力、指向精度是影响其发展的主要因素。首先分析了影响望远镜指向精度的各个误差,然后根据多体系统理论,构造望远镜拓扑结构,在此基础上建立其空间误差指向模型。根据得到的指向误差模型,分析研究了三轴误差对方位测角误差和俯仰测角误差的影响。区别于传统球谐方法,该误差指向模型更全面的综合了各项误差,对进一步的误差分配和误差补偿具有一定的指导意义。

采用一种新的结构形式对口径1.2 m、焦距2~6 m、相对孔径1/1.67~1/5的可见/近红外波段连续变焦距望远镜进行了设计。为适应目前地基大口径望远镜总体结构形式的需要，前端主系统采用Cassegrain反射式结构，后端采用三组元机械补偿变倍形式，使结构更加简洁。在高斯光学计算、像差分析基础上对各组元初始结构选择，并进行整体优化。设计结果各项性能指标均满足要求，且结构紧凑、补偿曲线平滑，表明这种结构形式是大口径连续变焦距望远镜一种较好的光学解决方案。

随着单刃金刚石数控车削技术的不断提高,越来越多的红外系统选用金属作为反射镜材料以提高系统的性价比.同共轴光学系统相比,离轴光学系统的反射镜结构和装调更为复杂,为了深入研究金属反射镜在红外离轴系统中的应用,提出了一种集Kinematic 定位和柔性去应力相结合的轻量化金属反射镜结构.首先从金属结构件的加工特点出发,分析了金属反射镜的轻量化形式和安装结构;接着针对某离轴反射系统中口径最大的离轴主镜,按照各设计要素建立了金属反射镜结构模型;最后采用有限元仿真分析方法,在各种工况下,对该主反射镜进行了详细的分析,结果均满足光学设计要求.

为了增加大口径望远镜次镜支撑结构的抗扭转刚度, 降低次镜支撑结构对主镜的遮拦, 提出了采用预紧力八翼梁结构来取代原有的四翼梁结构。根据Euler-Bernoulli梁理论将次镜支撑结构简化为一个由质量点和简支梁组成的简化模型, 并进一步将该模型简化为两个更为简单的动力学模型的组合。通过选取恰当的振型函数, 使用Rayleigh和Dunkerley方法推导了简化模型的第一阶模态频率数值解, 得到的计算结果与有限元仿真结果吻合得很好。针对预紧力的作用, 理论推导了预紧力对这种结构第一阶模态值的影响, 并使用有限元法对这种结构进行了模拟, 两者得到的结果趋势相同, 大小一致, 从而证明该简化方法可以用于类似结构的动力学特性计算。仿真结果显示, 当预紧力施加到20 kN时, 结构的第一阶模态值由11.6 Hz上升到23 Hz, 大大提高了结构的抗扭转刚度, 并有效减轻了次镜支撑结构的重量和遮拦比。该结论对于大口径望远镜次镜支撑的设计具有参考价值。

讨论了一款用于监控侦查的鱼眼镜头设计.首先根据使用要求，选择了可以由图像直接提取出目标方位信息的等距离投影方式；又由系统对目标分辨率的要求，选择了焦距相对较长的全帧成像形式.通过合理布局系统结构及材料选择，使各种像差得到较好的校正，并通过加大光阑慧差改善系统照度均匀性.最终设计出工作波段486~900 nm，视场180°，F/2.8的宽光谱鱼眼镜头，设计结果系统全视场在乃奎斯特频率63 lp/mm处的调制传递函数大于0.3，边缘视场照度大于中心视场照度的50%，f-θ畸变小于3%，各项指标满足系统要求.