为防止低轨光学卫星相控阵数传任务过程中相机进光而对传感器造成损伤，提出了一种相控阵数传任务期间的太阳光姿态规避方法。首先，计算出地心固连坐标系中卫星指向太阳的向量与卫星指向地面数传站的向量，并建立两向量所在平面的单位法向量。其次，以单位法向量为旋转轴使卫星指向地面数传站的向量以相控阵最大离轴角进行旋转，旋转后的向量即为卫星在地心固连坐标系下的太阳光规避向量。然后，通过太阳光规避向量、地心固联坐标系中卫星的位置及地心固联坐标系到轨道坐标系的转换矩阵，规划卫星在轨道坐标系下的太阳光规避姿态并计算出相控阵指向角。最后，在吉林一号高分02D星上进行了仿真分析和在轨试验。仿真结果表明，在相控阵最大波束角为60°的情况下，卫星使用太阳光姿态规避方法进行数传后，在12月份内相机与太阳光夹角在90°以下的概率由传统凝视姿态数传方法的44.1%降低为2.1%。吉林一号高分02D星在轨试验结果表明，近似相同条件下的两次数传任务在使用太阳光姿态规避方法进行数传后，相机与太阳光的夹角由传统凝视姿态的31.3°~152.1°提升为96.3°~180°，验证了太阳光姿态规避方法可在数传任务期间有效规避太阳光，保证了低轨光学卫星相机在轨的安全性和可靠性。

针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题，本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先，在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列，把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上，并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后，针对双波段成像衍射极限不同的问题，提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法，并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后，设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm，工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。

相较于单涡旋光束，涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量，研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义。本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIG_n,n)模式，采用海上大气折射率变换的功率谱，模拟海面大气湍流。基于相位屏法研究了一维阵列涡旋光束在海面大气湍流中光强、相位、闪烁因子和质心漂移的变化情况。结果表明：（1）HIG_n,n模式的闪烁因子和质心漂移标准差随湍流强度以及大气湍流内尺度的增加而增加；（2）n为奇数的HIG_n,n模式的闪烁因子随着阶数的增大而减小，且高于n为偶数的HIG_n,n模式；（3）阶数n>1的HIG_n,n模式比LG_0,1模式具有更好的稳定性；（4）阶数越高，HIG_n,n模式的质心漂移标准差越小。其次，选取线性阵列涡旋光束（LAVBs）进行对比，研究得出虽然LAVBs比HIG光束具有更好的传输性能，但由于HIG光束具有独特的结构，故可适用于不同的应用场景。最后，分析了椭圆参量和椭圆环数对HIG模式传输的影响，结果表明适当地增大椭圆参量或椭圆环数有助于提高HIG模式的抗湍流能力。本文研究结果对涡旋光束的海上应用具有指导意义。