非球面反射镜通常使用零位补偿器配合干涉仪进行面形检测，因此零位补偿器的加工和装配精度直接决定了检测结果的可靠性。提出一种具备良好通用性的基于计算全息片（CGH）的补偿器误差标定方法。以一块Φ856 mm、f/1.54的双曲面反射镜作为待测非球面镜，首先设计反射式CGH，运用光线追迹法得到CGH的相位函数，使其引入的球差与待测非球面主镜的法线像差相同，再由ZEMAX仿真计算验证该设计的正确性，并根据相位函数加工出主全息。在同一块玻璃基片上设计和加工对准全息带用于标定光路的调整。实验结果表明，所制作的CGH标定零位补偿器的精度达到λ/80。可见对于大口径、快焦比的凹非球面反射镜，所提方法仍然适用，因此可用于指导多数正轴非球面镜的零位补偿器标定。

粘接工艺会影响相位校正器的实际性能，然而在研制过程中相位校正器的镜面常出现破损情况。分析粘接工艺后校正面面形的特征和镜面破损的特点发现，镜面玻璃与连接柱头材料之间热膨胀系数差异过大会导致高温固化后校正面相应位置的残余应力过大。建立数值模型对连接处的热应力进行仿真，并选取热膨胀系数与镜面玻璃相近的柱头材料以及固化温度更低的黏接剂减小残余应力。将柱头材料更换为热膨胀系数与玻璃材料（K9）更匹配的3Cr13，实验结果表明，高温固化后相位校正器的静态面形有了极大改善，多次实验均未出现校正面破损的情况。

针对搭载于环境减灾二号A/B（HJ-2A/B）卫星的偏振扫描大气校正仪（PSAC），详细分析了信号链路中各噪声项及其与信号的相关性，建立了信号-总噪声功率线性（S-TNPL）模型，通过实验测量获得了各通道的噪声功率只随信号变化的模型系数，以及与信号无关而与工作条件有关的本底噪声功率（截距）；使用在轨实测的本底噪声，建立了不依赖于均质性区域场景的在轨信噪比评估方法，并与星上漫射板法进行了对比验证。结果显示，利用S-TNPL模型与星上漫射板法获得的PSAC在轨信噪比评估结果的相对偏差为-0.62%~6.27%，具有较好的一致性，验证了所提在轨信噪比评估方法的合理性。该信噪比评估方法不仅能适应在轨辐射性能衰退的情况，同时能方便实现不同辐亮度条件下的信噪比转换，并可直接对任意单次观测结果的信噪比进行评估。该信噪比分析方法理论上同样适用于其他光学遥感器，可为其在轨信噪比评估提供参考。

针对卫星载荷大气校正仪分系统PSAC在陆地上空气溶胶反演领域的应用需求，基于最优化反演框架，引入信息量和后验误差分析方法，讨论了不同观测模式下气溶胶和地表参数的信号自由度（DFS）的观测角度依赖性，给出了气溶胶和地表参数的后验误差。在此基础上，分析了气溶胶和地表参数的DFS随光学厚度（AOD）和地表反射率的变化趋势。研究表明：1）不同的观测几何下，气溶胶参数总的DFS有很大差异，反演气溶胶参数的最优散射角范围是140°～180°；2）任意观测角度，细粒子为主的细模柱浓度v0f，粗粒子为主的气溶胶柱浓度v0f和v0c能被反演出来，谱分布部分参数以及折射指数部分参数在大散射角能被反演获得；3）对不同AOD和地表反射率下参数的DFS分析，偏振信息的增加有助于亮地表下气溶胶参数的反演，增加短波红外波段能提升在AOD高值条件下对地表参数的获取能力。

为了探究宇宙起源与演化过程，大口径巡天望远镜将突破已有的探测深度和广度，帮助人类解决更多科学前沿领域问题。大口径校正镜组不同于普通的透射式光学系统，为了使校正镜组性能满足设计要求，总结分析了透镜支撑设计的基本原理和一般方法，建立了弹性体有限元模型，进行了参数化分析并优化了支撑结构关键部位。着重考虑透镜和镜室在不同重力载荷下的位移变形、应力变化和成像质量要求。结果显示，在0°～90°俯仰角变化范围内，弹性体支撑的透镜标准化点源敏感性值最小值为0.973 1，其面形误差、应力和位移等方面均满足系统设计要求，以上的工作对于类似的大口径系统设计与优化有着一定指导意义。