目前相机成像仿真研究存在成像模型少、覆盖不全的问题，难以满足相机在复杂观测条件下的仿真需求。因此提出一种基于卫星工具包(Satellite Tool Kit, STK)与开源场景图形(Open Scene Graph, OSG)相结合的空间光学相机成像仿真方案。使用STK建立被观测目标与相机的轨道参数，通过数据导入，创建被观测目标表面二维、三维景物信息; 通过对多种影响模型分析研究，在OSG中创建影响模型，实现相机在复杂观测条件下的成像过程仿真; 利用分布式技术设计系统结构，分模块完成整个仿真系统的开发。实验结果表明，该系统能为空间光学相机在复杂条件影响下的成像过程提供一个良好的仿真环境，为空间光学相机的设计、优化提供有力的数据支持。

针对目前航天光学相机在轨定标方法存在更新周期长、时效性不强的问题, 提出一种将光学自准直原理应用到星上监测的实时在轨定标方法.在卫星载荷系统内部加装准直光源、呈影面阵CCD和棱镜等器件, 将相机焦距、光轴夹角等参数的变化转化为光斑影像的变化, 提取并处理光斑影像位置的变化量, 求解出线阵相机参数的变化量, 实现快速、高效的在轨监测.通过搭建实验平台验证了本文方法的可行性, 俯仰和横滚方向参数的监测精度小于1″, 测量误差优于0.1″.

为了精确地测试空间光学相机入轨之前在乃奎斯特频率处的调制传递函数, 开展了整机在乃奎斯特频率处的传递函数测试实验。给出了相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数测试链路图; 推导了乃奎斯特频率的方波靶标在整个链路中的传递过程和终端靶标图像的精确对比度函数模型; 计算了终端靶标图像的对比度与相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数转换关系和理论误差形式。最后, 在真空环境下测试了相机在乃奎斯特频率下的调制传递函数, 并依据本文推导的结论对结果进行了修正。实验结果表明: 某空间光学相机在实验室条件下测得的乃奎斯特频率处的调制传递函数为0.213, 经折算时间延迟积分CCD(TDICCD)及处理电路的调制传递函数为0.602, TDICCD外围处理电路的调制传递函数等效衰减系数为0.946,与理论值接近。测试结果表明提出的方法基本准确, 能够满足空间光学相机地面研制阶段对调制传递函数测试的要求。

提出了复合材料和金属预埋件互嵌整体成型的设计方法。根据同轴三反光学系统中光学元件的空间布局和碳纤维复合材料的工艺特点和材料属性, 设计了一种碳纤维基体与钛合金预埋件互为镶嵌的相机主承力板。首先, 以碳纤维复合材料基体为核心, 优化设计了基体的筋格形式和厚度, 并对金属预埋件进行了布局和轻量化设计; 然后, 分析了碳纤维主承力板的模态和变形; 最后, 进行了振动环境试验, 验证了设计及分析的准确性。检测和试验表明, 纤维主承力板的最大外接圆直径为Φ870 mm, 厚度为130 mm, 质量为15.6 kg, 平均体密度仅为0.313 g/cm3, 主承力板一阶频率达到479.2 Hz, 满足了空间相机的高动态刚度、轻质量、高安装精度要求。

为了减小偏流角对空间光学相机成像质量的影响，分析了偏流角对空间光学相机成像质量的影响，对偏流角产生的原因及其像移补偿原理进行了研究。根据某空间光学相机的特点，采用在相机上设计调偏流机构的方法进行偏流角的补偿。通过几种常用的调偏流机构的比较，确定了采用双向丝杆螺母驱动的调偏流方案实现焦平面偏流角的调整。对调偏流机构进行了有限元分析，分析结果表明调偏流机构具有较高的刚度和动态强度。对调偏流机构进行了振动试验，并在试验前后进行调偏流机构精度的闭环检测，检测结果表明调偏流机构精度优于 1′，调偏流机构偏流角调整范围为 +5°~ -5°，满足设计要求，实现了高精度的偏流角补偿。该调偏流机构具有强度高、刚度高、结构紧凑、稳定性好等优点。