为实现(165mm×96mm)矩形扫描反射镜组件的轻量化并保证反射镜面形精度与组件支撑刚度, 提出了一种锥套柔节一体化的背部支撑方法, 实现了重量小于0.5kg的超轻量化碳化硅反射镜组件设计。镜体材料的选择为碳化硅, 支撑结构材料选择了铟钢。通过有限元仿真对扫描反射镜组件进行了仿真分析, 并采用ZYGO干涉仪对实际的反射镜组件进行了检测。实验表明, 在各方向重力的工况和轴系驱动时的扭矩作用下, 扫描反射镜面形误差的均方根值(RMS)最大值为9.705nm, 实际测试结果为10.125nm, 误差为4%, 满足RMS值优于12.6nm的要求; 组件一阶固有频率302.25Hz, 满足刚度要求。研究结果表明, 锥套柔节一体化背部支撑方法合理、有效, 解决了结构超轻量化与结构刚度、光学面形精度难以同时保证的难题。

为了减轻大尺寸（740 mm×480 mm）矩形扫描反射镜的质量并保证反射镜的面形精度，结合二维和三维等效刚度模型设计了背部开口、以三角形轻量化孔为主、轻量化率为81.4%的轻量化结构。基于球头万向节与柔性铰链原理，设计了两种背部三点支撑方式的SiC扫描反射镜组件。有限元分析结果表明，在Y方向重力及40 ℃均匀温差耦合工况下，球头万向节与柔性铰链支撑方式的反射镜面形误差均方根（RMS）值满足小于等于0.025λ（波长λ=632.8 nm）的设计要求，分别为12.3 nm和12.9 nm，一阶固有频率分别为68.1 Hz和85.5 Hz，且柔性铰链结构的刚度更好。采用自准直法测量扫描反射镜组件的面形误差，结果表明，面形误差的RMS值为0.025λ，满足实际要求，为大口径矩形扫描反射镜组件的设计提供了参考依据。

针对差分吸收光谱仪搭载于地球同步轨道卫星时对地成像的要求, 设计了一种扫描摆镜转动控制系统。从摆镜控制结构设计、控制电路设计两个方面阐述了摆镜系统的方案。摆镜系统受载荷主控器控制, 接收控制指令并回传当前摆镜位置状态,通过LMD18200驱动芯片进行功率输出,由步进电机和谐波减速器构成的驱动器驱动摆镜转动, 编码器读取摆镜角度信息。给出了PWM(Pulse Width Modulation)波占空比的测定办法, 并提出通过回转到成像起始点之前的方式, 消除回程误差对成像区域步距不确定性的影响。 实验结果表明该系统的步距角均值偏差小于1″, 最大偏差小于5″,标准偏差小于2″。该光谱仪摆镜控制系统满足步距精度指标要求。

针对光电系统中常用的振动扫描反射镜进行了结构设计技术研究。采用碳化硅材料，设计了反射镜的支撑方式，确定了反射镜轻量化孔的形式。使用 ANSYS软件对反射镜分别进行了静态和动态面型变化仿真分析，并利用最小二乘法对变形后的反射镜面进行了平面拟合，分析了变形误差。对常用的几种反射膜进行了对比分析。最后对实际使用的反射镜进行了面形检测，实际成像质量表面反射镜可以满足使用要求。

为了实现长线列红外探测器双模式成像装置的两种工作模式, 需要在成像装置中增加摆镜控制系统, 而高速扫描时的扫描线性度和静止时的位置稳定精度是本系统设计的关键因素。本文着重论述了摆镜控制系统的整体设计和指标要求, 基于这些指标, 提出了一种高线性和高稳定精度摆镜控制系统的实现方案。并利用 Simulink进行了仿真, 验证该方案切实可行。

光机扫描机构是各种航天航空遥感扫描成像系统的重要组成部分，而扫描镜及转动轴系又是其关键因素。从实际工程应用出发，着重论述一种大尺寸扫描镜的制备工艺以及光机扫描机构转动轴系的设计及校核方案，提出了一种 45°平面反射镜扫描机构的关键实现技术和解决方案，经检验该方案切实可行。

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器，要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能，主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光，利用分色片将工作波段分成3个通道实现多模式高光谱分辨率探测的新方法，设计了一个多模式差分吸收高光谱成像仪光学系统，瞬时视场为1.8°×0.04°，系统F数为2，工作波段为250~500 nm，分成250~310 nm、300~410 nm和400~500 nm 3个通道。利用ZEMAX-EE软件进行优化设计和分析，其中250~310 nm通道，光谱分辨率为0.12 nm，满足光谱分辨率不大于0.4 nm的指标要求；300~410 nm和400~500 nm通道，光谱分辨率分别为0.25 nm和0.23 nm，满足光谱分辨率不大于0.6 nm的指标要求。多模式差分吸收高光谱成像仪在空间维方向的调制传递函数（MTF）在特征频率0.25 lp/mm处达到0.98以上，能够满足空间多模式差分吸收高光谱大气探测的要求。

为适应复杂的工作环境，提高反射镜的面形精度，设计了基于柔性支撑的RB-SiC材料长条形扫描反射镜。采用三角形单元和四边形单元相结合的背部开放式结构，对扫描反射镜进行了轻量化设计；通过分析支撑点跨距对反射镜变形的影响，对支撑点位置进行了优化设计；设计了万向柔性支撑的结构形式，消除装调和环境变化产生的残余应力；利用有限单元法建立了扫描反射镜组件的模型，计算后面形精度可达到0.023λ；采用自准值法，利用ZyGo干涉仪对反射镜的面形精度进行了测量，测量结果显示扫描反射镜的面形RMS值达到0.029λ。通过模拟无穷远处动静态目标进行了静动态成像试验，成像质量一致，通过飞行试验对地面目标进行了拍摄，扫描反射镜动态成像稳定，所获得的图像质量良好。