全景环带光学系统凭借周视范围实时成像的特点已在超大视场光学领域中得到了广泛应用。传统的全景环带光学系统将折射、反射面集成在一片块状透镜中，光线在其内部进行多次折、反射导致头部单元体积较大，同时红外透镜材料密度大、折射率温度稳定性差等特点也与光学遥感器轻量化、可靠性高的应用需求相矛盾。文章基于像差理论，讨论了全景环带两反射镜红外光学系统头部单元初始结构设计方法，将Q型（Q-Type多项式）非球面引入全景头部单元增加优化变量，用偏离因子因子${k_{{\text{RMS}}}}$数值表征非球面加工难度，设计了以两反射镜为头部单元的全景环带红外光学系统。该系统在奈奎斯特频率（20线对/mm）处调制传递函数优于0.5；全视场像元（25 μm×25 μm区域内）能量集中度优于65%，像质评价结果表明其成像品质良好。该设计在缩小系统体积、提高光学设计优化效率方面有很大的改进，满足超大视场实时成像的应用需求。

随着空间光学遥感器地面分辨率逐步提高，长焦距、大口径相机成为重点研究方向。为了克服重力变化、复合材料变形等因素带来的天地不一致性的问题，次镜调整成为校正光学遥感器离焦和主次镜相对位置变化的关键技术之一。将次镜柔性支撑、精密直线驱动与柔性铰链传动技术相结合，设计了一套高精度次镜调整机构。首先介绍了该套机构的光机构成、工作原理及传动链路，然后对超轻次镜、高精度直线致动、高精度调焦传动等设计分别进行了阐述，最后介绍了力学环境试验后的调整精度测试情况。试验结果表明，该套精密调整机构实测调整行程大于±120 μm，轴向调整步距精度0.18 μm (3σ值)，调整行程内次镜的最大平移误差为1.30 μm，最大倾斜误差为1.93″，具有调整范围宽、调整精度高的特点，满足空间光学遥感器精密次镜调整的要求，已成功在轨应用于北京三号B卫星0.5 m级高分辨率空间相机。

针对航空光电遥感器在不同工作环境下会产生离焦这一问题，采用移动镜组方式进行调焦，以保证其成像质量。该调焦机构采用消间隙丝杠螺母副作为传动机构，采用六个精密轴承及弹性预紧组件作为导向机构，同时采用一对电涡流传感器及一个菱形被检测件作为测位移传感器，在有限包络尺寸下最大程度保证其调焦精度。从传动误差和传感器组件误差两方面对调焦机构进行精度分析，并且搭建实验平台对其进行了传动定位精度实验和晃动精度实验。实验结果表明，该调焦机构的传动定位精度在±6 μm以内，晃动精度在±4″以内，满足光学系统提出的调焦精度设计要求。

利用平面反射镜进行光路折转以减小航空遥感器体积及质量是一种常用设计手段，而平面反射镜的引入对航空遥感器的装调工作提出了更高的要求。为此本文提出了一种用于航空遥感器平面反射镜系统的装调方法。利用坐标变换法建立经纬仪测量数学模型，推导出单个平面反射镜组件及平面反射镜系统角度偏差（俯仰偏差及方位偏差）与经纬仪测量值之间的对应关系。提出了利用经纬仪完成平面反射镜系统角度偏差测量及装调的方法。最终使镜头光轴与焦平面安装面法线的俯仰偏差和方位偏差均满足不大于2′的指标要求。应用该方法已完成10余套航空遥感器反射镜系统的装调，方法方便高效。同时，该方法可为各种光学仪器中平面反射镜角度标定及装调提供解决思路。

空间光学遥感器不断朝着更高轻量化率的方向发展，传统的装框支撑难以满足系统要求。基于运动学原理的Bipod柔性支撑结构具有良好的力热环境适应能力，在空间光学遥感器的反射镜支撑中得到越来越多的应用。为了有效卸载装配应力，Bipod柔性支撑结构一般通过光学胶与反射镜进行连接，但是光学胶在固化过程中不可避免地存在收缩应力。此外，环境温度的波动以及热真空试验也有可能导致胶接应力的变化，严重时会对反射镜面形造成不利影响。文中针对某Bipod柔性支撑式次镜组件，分析了胶缩对面形的影响，并针对真空放气试验后的面形下降问题，采用消应力与热浸泡相结合的方式有效解决了面形下降的问题，为该类光学胶的空间环境应用提供技术支撑。

空间光学遥感器光机结构在复杂的空间轨道热环境中会产生热变形，影响探测精度。为解决光学遥感器光机结构热变形测量问题，本文提出了基于数字摄影测量和光纤光栅传感的热变形组合监测方法；建立了具有热解耦功能的光纤光栅布局方法和变形测量模型算法，理论分析了光纤光栅光谱变化与应变、温度的关系，采用实验方法标定光纤光栅应变传感器和温度传感器，得出光纤光栅中心波长漂移量与应变、温度的关系；搭建了数字摄影测量试验系统，结合光纤光栅传感网络测量光机结构的应变和温度场，实现了光机结构热应变高精度测量。研究结果表明：数字摄影和光纤光栅组合测量方法可实现光机结构位移场、应变场和温度场同时测量，热解耦后结构变形测量精度达到0.02 mm，可用于光机结构在轨热变形的合理预测，在空间光学遥感器光机结构在轨监测中具有应用前景。

天问一号高分相机采用了离轴三反光学系统，指标精度高，结构复杂，研制周期短。鉴于上述要求，对离轴三反光学系统的计算机辅助装调技术进行了深入研究，并应用到天问一号高分相机主光机结构的装调过程中，利用计算机辅助装调技术使天问一号高分相机主光机结构的装调指标迅速收敛。各个视场的平均系统波像差优于λ/14，在特征频率57.1 lp/mm的平均传递函数0.381。此外，对主光机结构开展了一系列的环境模拟试验，包括力学应力筛选试验、高低温循环试验和失重环境适应性试验。在经历试验后，各技术指标均变化很小，基本满足总体设计指标要求。天问一号成功发射，传回了清晰的火星照片，进一步验证了计算机辅助装调技术的装调效果。

偏振遥感器的相对光谱响应度和带内光谱响应非一致性是遥感器实验室定标的基本参数。文中利用新型的超连续谱激光作为单色仪的前置照明光源，搭建了一套基于超连续谱激光-单色仪的细分光谱扫描定标装置，可用于偏振遥感器的相对光谱响应度定标。实验中以490 、670、910 nm三个偏振通道作为例，分别在单色仪直接输出光和单色光导入积分球两种状态下，得到通道式偏振遥感器的相对光谱响应度结果，并对两种状态下定标光源的偏振特性进行了测量。实验结果表明，单色仪直接输出光模式下，光源存在明显的偏振度和偏振方位角变化，三个偏振通道的带内光谱响应非一致性分别为0.91%、4.25%和1.06%；而在单色光导入积分球后，光源的偏振度明显降低，此时带内光谱响应非一致性结果分别为0.15%、0.47%和0.57%，说明消偏后的光源能有效适用偏振遥感器的光谱响应度定标，基于超连续谱激光-单色仪的系统级定标装置在偏振遥感器的定标中具有广泛应用前景。

针对大口径离轴反射镜组件高面形精度、高可靠性和高稳定性支撑的要求，设计了一种中心筒支撑配合四点可自由加、解热锁辅助支撑的离轴反射镜新型复合支撑方案，热锁部件在力学试验和发射过程中锁紧，地面测试及在轨时释放，在保证面形的同时，有效提升了反射镜组件基频及抗力学性能，并在某空间遥感器706 mm×560 mm口径离轴反射镜组件研制中进行了验证，结果表明采用四点热锁辅助支撑的反射镜组件在加锁后动态性能优良，满足基频大于120 Hz、静载30 g条件下胶应力≤3 MPa的要求，且加锁前及解锁后面形均满足RMS优于λ/40 （λ=632.8 nm）的要求，验证了该设计的有效性。