消除拼接主镜式望远镜的分块子镜间的共相位倾斜（tip-tilt）误差是有效提升集光能力、实现共相位成像的关键之一。提出了一种基于相位传递函数（PTF）的分块子镜的tip-tilt高精度检测方法。在分块镜的共轭面处设置具有离散孔结构的光阑，将其作为tip-tilt检测系统的入瞳，借助傅里叶分析，推导建立了误差检测系统的PTF与tip-tilt的函数关系，通过对探测得到的点扩散函数进行傅里叶分析，得到PTF，依据建立的函数关系即可实现tip-tilt的高精度检测。对所提方法进行了仿真分析和实验验证，检测精度的均方根（RMS）值为2.99×10-3λ（λ为波长）。所提方法结构简单，只需要设置一个具有离散孔结构的光阑，可用于拼接式主镜、稀疏孔径系统的共相位tip-tilt误差检测。

绝对检验作为一种光学元件高精度检测方法, 其中的两平晶绝对检验无法精确测量平移过程中的倾斜误差, 导致恢复的面形中二次项出现偏差。液面在位置变化前后能够保持水平, 在旋转平移过程中不会产生倾斜误差。推导了平移过程中倾斜误差和恢复面形中离焦项的关系, 并通过仿真分析加以验证, 当不存在倾斜误差时, 残差面PV值小于1nm。在300mm口径立式斐索干涉仪上进行液面旋转平移干涉实验, 将所得到结果与传统三面互检法进行对比, 面形基本一致, PV值偏差小于1.3nm, RMS值偏差小于0.65nm, 证明了液面旋转平移法在干涉测量过程中不会引入倾斜误差。

关节臂式坐标测量机作为一种串联式结构的便携坐标测量仪器，其角度误差对其测量精度的影响呈放大效应。针对上述问题，在DH模型的基础上，提出了一种具有旋转轴倾斜误差运动补偿的关节臂式坐标测量机运动学建模方法，研究了旋转轴系误差运动分离方法并搭建相应的测试系统，建立了基于空间距离的结构参数误差标定模型并进行了实验。实验结果表明，相比于DH模型，采用具有旋转轴倾斜误差运动补偿的运动学模型，关节臂式坐标测量机的测量标准差由0.055 mm降低至0.037 mm。该模型能够有效提高关节臂式坐标测量机的测量精度。

为使拼接式望远镜的分辨率接近等效口径的衍射极限,各子镜必须具有极高的共面精度。针对拼接式望远镜的共相问题,首先,研究了拼接式望远镜光学共相探测中瞳面共相探测技术和焦面共相探测技术的原理。然后,总结了各项光学共相探测技术的优缺点、适用领域以及未来发展趋势。最后,分别为大平移误差、大倾斜误差的探测问题提供了解决方案。

在系统装调过程中引入的倾斜误差会影响衍射光学元件(DOEs)的衍射效率。入射角度的增大也会影响DOEs的衍射效率。基于多层衍射光学元件(MLDOEs)的相位延迟表达式,提出了斜入射时衍射效率和带宽积分平均衍射效率(BIADE)与倾斜误差的理论关系模型。分析了斜入射时倾斜误差对衍射效率和BIADE的影响。建立了工作在一定入射角度范围内的复合BIADE与倾斜误差的关系。当工作在8~12 μm波段的MLDOEs的入射角度范围为0°~20°时,若要实现98%的复合BIADE,倾斜误差角度应控制在0.25°范围内。进一步分析了存在偏心误差和相对微结构高度误差等其他误差因素时,要达到一定的复合BIADE,所需对应的倾斜误差大小。该方法和结论可以用于指导混合光学系统中MLDOEs的设计与装调。

针对传统倾角补偿过程中存在的线性漂移问题, 采用Ⅰ-Ⅱ观测位置和Ⅱ-Ⅰ观测位置倾角修正的平均值进行倾角补偿; 为减小转台转位误差对天顶摄影仪旋转轴倾斜分量的影响, 推导了转位不对称性误差对倾斜补偿的影响; 分析了测站点天文坐标误差对倾角仪状态参数标定的影响.结果表明: 采用改进后的倾角补偿方式可将经纬度误差从0.337″、0.381″提高到0.265″、0.216″; 转台转位不对称性误差控制在1′以内, 可使转位不对称误差对摄影仪旋转轴倾角补偿的影响控制在0.002″以内; 当测站点的天文坐标误差与仪器自身定位精度相当时, 测站点天文坐标误差对旋转轴的倾角补偿的影响较小, 即对天文经度影响在0.007″内, 对天文纬度影响在0.008″内.本文研究对倾角仪参数标定与天顶摄影仪定位的同时测定具有一定帮助.

提高光学系统分辨率的主要方法是增大光学系统的通光口径，而使用子镜拼接得到一块等效大口径主镜是增大通光口径的常用方法。拼接主镜光学系统入轨后子镜进行展开，展开位置与设计位置偏差大小决定光学系统成像质量好坏，因此需要对子镜展开位置的精度进行分析。使用光学软件对拼接主镜光学系统建模，调整子镜6个自由度的位置误差得到其与系统成像质量的关系曲线。结果表明，针对不同位置的子镜，相同位置误差产生的系统波前误差的均方根（RMS）值大小不同，中层子镜对沿着X轴方向的移动敏感，而外层子镜对沿着Y轴方向上的移动敏感。通过对每个子镜单独分配位置误差与每个子镜分配相同的位置误差两种方式对子镜的展开精度进行误差分配，结果表明在产生相同波前误差的情况下，单独对每个子镜位置误差进行定义的精度相对较为宽松。

基于高精度机动式车载测量平台，提出了利用综合坐标变换法修正补偿机动平台变形引起的光电经纬仪测角误差。分析了综合坐标变换法的基本原理，建立基座、照准部及望远镜坐标系，并推导得出了三轴误差公式。构建了一个车载平台模型，并根据实际算例分别通过综合坐标变换法和传统单项误差累计法进行误差修正。结果表明，综合坐标变换法较单项误差累计法误差修正精度提高5″，避免了单项误差累计法工作范围内分布多个较大误差点的弊端，具有较高的补偿精度，将该方法应用于机动车载测量系统可进行高精度的测量，具有较高的理论和实用价值。

为了提高激光跟踪仪的测量精度, 分析了跟踪仪的几何结构误差, 重点研究了其转镜倾斜误差的标定和修正方法。利用矢量分析和坐标转换相结合的方法建立了跟踪仪转镜倾斜误差模型, 推导出了跟踪仪几何空间坐标修正公式, 并基于自准直仪、多面棱体和可调反射镜建立了高精度误差标定装置。利用标定装置分析了误差标定方法, 通过系统仿真研究了转镜倾斜误差对系统测角误差及最终坐标测量误差的影响。利用误差标定实验检测出的系统转镜倾斜误差约为4″, 将其带入坐标修正公式, 并与修正前的坐标进行了比对分析。对比结果显示, 经误差修正后系统空间坐标测量误差可减小约2×10-6, 验证了转镜倾斜误差标定和误差修正方法的有效性, 表明利用该方法可在不改变系统硬件结构的基础上提高测量系统的测量精度。

介绍了三子镜稀疏孔径双反系统的结构，推导其广义光瞳函数，并阐述三子镜稀疏孔径双反系统的成像原理。对光学系统中的一个子镜分别引入平移误差和倾斜误差，用Zernike 多项式表示这两种误差，并用Matlab 软件对有误差的系统进行模拟成像。提出相对模糊度函数，并用其对成像的质量进行评价，给出随着子镜平移误差或倾斜误差的增大，所成图像相对模糊度的变化曲线，分析子镜误差对系统成像质量的影响。结果表明：三子镜稀疏孔径双反系统子镜平移误差和倾斜误差对系统成像质量造成的影响规律不同，系统所成图像的相对模糊度随平移误差的增大呈周期性变化，随倾斜误差的增大而单调增大，倾斜误差比平移误差对成像质量的影响更大一些。因此，装调时对倾斜误差的控制要比对平移误差的控制更加严格。