针对遥感器真空低温测试需求，设计并搭建了一套能够在低温真空环境中稳定工作的红外目标背景模拟器，模拟器主要由冷光阑、真空低温面源黑体、三维电移台三部分组成，冷光阑模拟探测背景，冷光阑上分布微孔用于模拟探测点目标。通过有效控制目标模拟器与背景模拟器间的隔热、控温以及背景模拟器与待测遥感器之间的隔热，实现稳定测试。另外，将仿真优化与实践经验相结合，通过仿真计算去除模拟器冷光阑板厚度、目标相位、平行光管等的影响，有效降低系统测量不确定度。文中的仿真分析方法和验证情况对于红外遥感器点目标探测信噪比检测试验具有参考意义。

为了在地面制造环境下实现大口径空间非球面反射镜的零重力面形加工, 建立了基于重力卸载的高精度旋转检测工艺方法。首先对N次等间隔旋转法的基本原理进行了介绍, 并结合一块Ф1 290 mm ULE材料的非球面反射镜加工实例, 分别给出了旋转法实施环节中的旋转角度和偏心误差控制方法, 实际角度误差和偏心误差分别优于0.1°和0.1 mm。然后, 在低精度阶段采用了3次旋转法对检测结果进行处理, 主镜面形精度快速收敛至0.029λ-RMS; 同时由于应用旋转法而导致镜面上的对称性误差累积放大, 进行了针对性去除, 面形精度进一步收敛至0.023λ-RMS。最后, 采用了6次旋转法对检测结果进行处理并指导光学加工, 反射镜6个方向下的实测面形精度为0.012λ-RMS, 去除重力变形误差后面形精度达到了0.010λ-RMS, 该面形可以认为是卫星入轨后零重力空间环境下的反射镜面形。文中所述加工工艺方法不仅适用于米级口径, 还适用于更大口径空间非球面反射镜零重力面形的高精度加工。

杂散光抑制能力是光学系统的重要评价指标.红外光学系统不仅受到外部杂散光影响, 而且受到仪器内部杂散光影响.传统的“物-像”共轭光学系统的设计方法未能全面考虑杂散光的抑制问题.提出一种三重共轭光学系统的设计方法, 该方法设计出的光学系统具有“物-像”、“物-中间像”和“入瞳-出瞳”三重共轭关系, 具有同时抑制内部和外部杂散光的能力.基于该方法设计出一种离轴三反射式消像散光学系统, 该系统F/#=4、一维线视场7°, 离轴5度视场外点源透过率低于5×10-4, 系统冷屏效率达到96%, 并获得良好的在轨图像.

空间光学遥感器是一类特殊的遥感器, 其可靠性设计是研制工作的重要组成部分。本文从空间光学遥感器的特点分析入手, 介绍了光学遥感器可靠性模型的建立方法。针对空间光学遥感器的特点, 从光学遥感器的防污染设计、活动部件设计、单粒子效应防护设计及静电防护设计方面对其可靠性设计进行了有针对性的阐述。

针对空间光学遥感器对大口径主反射镜质量轻、面形精度高的要求, 设计了一种超轻量化SiC反射镜。首先确定反射镜的轻量化方案, 之后采用集成优化方法, 在ISight软件平台上集成几何建模、有限元分析和面形拟合等设计流程并自动化运行。反射镜结构参数为优化变量, 镜体质量和面形精度RMS值为目标函数。采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)对集成优化模型进行多目标、全局性的优化求解。最后结合制造工艺调整优化结果, 得到反射镜的最终设计方案并仿真分析。结果表明, 反射镜的质量为11.4 kg, 面密度为37 kg/m2, 光轴水平工况下面形RMS值为1 nm, 一阶自由模态频率为1100 Hz。结果验证了所提出的集成优化方法的有效性。

针对空间遥感技术的迅速发展及其对空间探测精度需求的提高, 对研制更可行有效的超大口径空间光学遥感器的技术路线开展了研究。介绍了该领域已发射和计划发射的超大口径光学遥感器涉及的发展历史和结构特点, 以及它们的研究现状和应用领域, 主要包括整体式成像系统、分块可展开成像系统、光学干涉合成孔径成像系统和衍射成像系统等。分析对比了各种传感器的性能特点及现阶段的应用情况。最后, 考虑我国高分辨率、高成像质量空间光学遥感器的应用需求, 结合当前技术条件以及相关技术的发展趋势, 分别针对2~4 m大口径系统, 4~10 m超大口径系统和更大口径系统的成像需求提出了最佳解决方案。

考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约, 提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型, 推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型。基于设计的模型研制了六自由度平台。对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验, 实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入。实验结果表明平台振动频率为7~40 Hz时, 其加速度输出相对误差可控制在7%以内。该平台借鉴了Stewart平台的并联构型, 其结构简单、刚度大, 振源输出精确可控, 满足地面试验应用要求。

研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化，实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度。介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理，分别用这两种算法对大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化进行了仿真分析。根据误差合成原理，提出了依据翻转前后两个状态的面形检测结果计算镜面面形变化的方法; 针对离轴反射镜在面形检测过程中存在离轴量与镜面像散互相补偿的现象，求解了离轴量变化量与镜面像散的关系。试验结果显示: Zernike多项式拟合法的计算精度为74.2%，而球面方程拟合法的计算精度为12.6%; 对仿真分析结果的误差评价表明，采用有限元法得到的仿真分析结果的理论精度值为10%左右，与球面方程拟合方法的计算精度12.6%基本吻合。研究表明，由于Zernike多项式拟合法自身的局限性，不适合对长条形反射镜面形变化进行拟合，而球面方程拟合法的计算精度能够满足工程要求。