提出一种基于主成分分析法的装调方案;对理想的离轴三反系统的灵敏度矩阵进行处理,以获得系统失调量对残余像差敏感度的权重值,通过去除敏感度低的调整量来制定合理的装调方案;基于逆向优化法的计算机辅助装调技术原理,进行模拟装调及装调方案的验证。结果表明:采用所制定的装调方案可使装调精度达到10 ^-7量级,调整量从11个减少到6个,装调难度降低,光机结构的稳定性得到提高。

为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度, 针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点, 设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构, 并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化相机的前框架结构.将优化后的前框架模型带入整个相机, 并对整机进行有限元分析.结果表明, 光轴呈水平状态, 次镜、折叠镜相对主镜的倾斜分别为9″与22.4″, 次镜相对于主镜的偏心为0.021 mm, 均在光学系统公差要求范围内.此外, 对前框架结构进行自由模态分析与试验, 结果验证了优化方法的正确性.所提出的拓扑优化方法可以有效避免基于约束模态拓扑优化方法约束点之间不存在联系的缺陷, 能够为高分辨、宽视场空间相机光机结构的设计提供参考.

针对采用离轴三反(TMA)光学系统的空间相机中光学系统主镜和三镜的轴向位置接近的特点, 提出了主三镜共基准一体化结构来提高光机结构的精度和稳定性。利用一块高刚度、高度轻量化整体背板替代分离的主镜和三镜背板, 以实现主镜和三镜光学加工、检测和装调的基准统一。由于此整体背板同时也是主框架的组成部分, 故降低了结构整体重量, 提升了光机结构动/静态刚度。对采用主三镜共基准一体化结构的空间相机进行干涉检测, 结果表明主镜和三镜的各视场镜面面形最大分别为0.024λ和0.013λ, 均满足光学公差要求。对铝结构样机进行了多入多出(MIMO)自由模态测试, 测得一阶模态频率为48 Hz, 对应原理样机一阶约束模态频率114 Hz, 满足结构刚度要求。在离子束光学精加工过程中, 通过分时对主镜和三镜进行加工, 省去了主镜和三镜分离结构加工用的散热时间, 加工效率提高了约50%。主、三镜共基准一体化结构的应用提高了离轴TMA空间相机的性能和光学精加工效率, 为高分辨力宽视场空间相机的光机结构设计提供了参考。

遥感相机在轨运行过程中要面临复杂的空间热环境,为了保证相机的成像质量,必须对其进行有效的热设计。介绍了遥感相机热控设计的主要理论,分析了某大型三反离轴相机的特殊性对热设计的影响及对策。总结了相机的在轨温度情况,并采用热模型仿真的方法获取了无温度遥测位置的温度结果。在轨分析结果表明,相机关键部位的温度均在20 ℃±2 ℃的温度指标范围内,证明了相机热控设计的正确性。

为了选择合适的低温红外目标模拟光学系统, 针对国内现有离轴三反射光学系统多存有弧矢视场较大, 子午视场很小的问题, 本文基于光学系统对称性法则, 设计了子午和弧矢都为5°, 波长为3~5 μm的矩形双向大视场离轴三反系统, 其焦距为400 mm, F#为8。利用光学系统结构参数和反射镜的非球面系数, 调整三镜的偏心及倾斜来消除畸变及其它像差, 系统光学传递函数在6.5 lp/mm时优于0.71, 全视场均方根波像差达到λ/250, 均方根最大弥散斑半径不超过7.0 μm, 达到衍射极限。另外, 系统在各个谱段全视场范围内的最大畸变量小于0.04%。设计的系统可用于红外及可见波段,成像质量均良好。

长焦距离轴三反(TMA)空间光学遥感器各光学元件的位置精度和动态稳定性与其主支撑结构相关，因此，本文研究了遥感器主支撑结构设计方案。对比分析了主支撑结构的常用形式，确定了桁架结构方案，并对其进行了材料选择和连接工艺分析。推导了三杆结构(桁架基本单元)的一阶频率解析式，并确定了其最佳形式。在初始设计的基础上，利用灵敏度分析和参数优化设计方法得到了一种24杆式主支撑结构。作为验证，对该支撑结构进行了静态翻转和动力学试验。试验结果表明，主支撑由竖直状态翻转到水平状态后，前端倾角变化小于10″，一阶固有频率为55 Hz，振动试验中支杆最大应力为135 MPa，满足各项设计指标要求。

大视场、高分辨力星载成像光谱仪已成为空间遥感的迫切需求。根据大视场、高分辨力的研究目标，提出了先视场分离分光再用分色片分光的设计方法，分析了视场分离分光的原理。设计了一个全反射式星载成像光谱仪光学系统，该系统由指向镜、11.42°远心离轴三反消像散（TMA）前置望远系统和4个Offner凸面光栅光谱成像系统组成，通过恰当选择4个光谱成像系统的变倍比来实现2种探测器的匹配。运用光学设计软件CODE V对成像光谱仪调制系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析。分析结果表明，光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7以上，完全满足设计指标要求；同时证明了设计方法是可行的。

根据大视场短波红外成像光谱仪的要求，考虑到市售探测器的限制，提出了视场分离的方法，分析了视场分离方法的原理.利用此方法设计了一个星载大视场短波红外成像光谱仪光学系统，该系统由11.42°远心离轴三反消像散前置望远系统和2个Offner凸面光栅光谱成像系统组成，运用光学设计软件CODE V和ZEMAX对成像光谱仪光学系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析，分析结果表明，光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7以上，完全满足设计指标要求.

根据高分辨力、大视场的要求，考虑到市售探测器的限制，提出了视场分离分光的方法，分析了视场分离分光的原理。利用此方法设计了一个星载高分辨力、大视场高光谱成像仪光学系统，该系统由11.42°远心离轴三反消像散(TMA)望远系统和2 个Offner 凸面光栅光谱成像系统组成，运用光学设计软件CODE V 对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析，分析结果表明，光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7 以上，完全满足设计指标要求。