通过两台光电望远镜对空间目标共视观测能够定位空间目标,并且能够解决光电望远镜短弧测角数据的初轨确定问题,但其定位精度与空间目标和两台光电望远镜所形成的观测几何有关。首先对空间目标共视观测定位误差进行分析,然后推导其均方根误差的解析表达式,最后基于长春站和上海佘山站并结合不同轨道高度的低轨激光星CPF(Consolidated Prediction Format)星历生成仿真共视观测数据,用来对空间目标共视观测定位以及定轨精度进行分析。结果表明,两台光电望远镜对低轨空间目标的定位精度能够达到100 m,利用定位数据进行初轨确定可以得到轨道的半长轴误差小于10 km。

基于某光电望远镜阵列研究分析了宽视场型光电望远镜的精密定轨（POD）和轨道预报（OP）精度。利用国际激光测距服务提供的卫星激光测距数据对激光星Jason-3、Cryosat-2进行精密定轨，并将其作为参考轨道，分析了宽视场型光电望远镜观测数据对Jason-3、Cryosat-2的POD和OP精度。计算结果表明，宽视场型望远镜观测数据的POD均方根（RMS）位置误差优于250 m，速度误差的RMS小于0.25 m/s。基于POD结果的3天轨道预报精度优于20″，这表明宽视场型光电望远镜在提高观测效率的同时，能通过事后对观测数据的处理获得空间目标较高精度的轨道信息，为有轨道信息需求的工作和空间任务提供数据支持。

针对光电望远镜次镜精调Stewart机构的参数标定问题, 在以往标定方法的基础上, 首先, 提出了在逆运动学模型基础上推导Stewart机构标定模型的方法, 避免了正运动学求解析解困难、数值求解效率低且存在误差的问题; 其次, 对推导出的标定模型求解问题进行了分析, 求解了其雅克比矩阵, 针对模型系数矩阵不可逆的情况, 提出了一种改进的高斯牛顿迭代法及具体的实验步骤; 最后, 分析了最小二乘原理导致的测量误差对精度影响大的现象, 在Matlab中对设计的Stewart机构进行了标定仿真实验, 在测量误差为0.1 μm以下、标定精度平均提高56倍时, 平均精度仅提高7.8倍。对样机进行标定后, 位置精度平均提高了30.77倍, 姿态精度平均提高了20.73倍。结果表明: 该优化标定方法可以得到Stewart机构较精确的结构参数, 从而有效提高其位姿调整精度。

为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率，建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响，获得碎片信号的探测信噪比，并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明：仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致；由于碎片形状等光学特性不同，碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍，误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效，可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.

大型光电望远镜在空间目标探测和天文观测中发挥的作用越来越大,它的探测能力、指向精度是影响其发展的主要因素。首先分析了影响望远镜指向精度的各个误差,然后根据多体系统理论,构造望远镜拓扑结构,在此基础上建立其空间误差指向模型。根据得到的指向误差模型,分析研究了三轴误差对方位测角误差和俯仰测角误差的影响。区别于传统球谐方法,该误差指向模型更全面的综合了各项误差,对进一步的误差分配和误差补偿具有一定的指导意义。

受大气蒙气差的影响，地基光电望远镜观测得到的星体或飞行器位置和实际位置存在偏差；空间目标的俯仰角越小，蒙气差越大。为了对空间目标进行较为精确的定位，需要对光电望远镜进行蒙气差修正。文中在分析光电望远镜原有的大气蒙气差修正计算模型的基础上，为提高低仰角观测时蒙气差修正精度，采用回扫任务目标轨道附近恒星进行误差修正的方法对回扫得到的蒙气差修正量曲线进行大量实验总结并进行多项式拟合，最终得到针对低仰角长波红外观测的蒙气差修正公式。经过多次实验验证，长波红外系统起跟仰角由10°降低至2°，目标捕获时间提前50 s以上，可观测飞行器部件分离等关键特征点。实验结果表明文中方法有效降低了低仰角蒙气差修正误差，提高了长波红外系统的跟踪精度和捕获能力，具有实际工程应用价值。

由于现有评价与测试方法不能满足3～4 m地基光电探测系统在不同仰角下对光学系统波前检测的需求, 本文提出了基于子孔径斜率离散采样, 再重构全口径波面轮廓的波像差测试方法。采用光学模拟与数学分析协同仿真的方法, 研究了波面重构算法的不确定度以及扫描运动引起的子孔径倾斜误差、子孔径扫描位置误差、像点坐标测量误差与波前复原精度间的作用规律。仿真结果显示, 迭代算法的相对误差ΔPV为0.002 8λ(λ=632.8 nm), 模式算法的相对误差ΔPV为0.002 7λ。当子孔径倾斜误差小于0.2″, 波面重构误差ΔPV约为0.02λ。当子孔径采样位置精度优于0.2 mm, 其引入的波面重构误差小于0.04 nm(PV); 当子孔径像点坐标提取精度优于5 μm, 波面重构误差ΔPV约为0.03λ。研究结果表明, 当考虑波面重构过程中的实际测量误差时, 模式算法的误差容限较高, 收敛性更好。此外, 构建实际测试装置时, 需引入角度监测与算法误差补偿机制, 子孔径倾斜角度监测系统的测角精度需优于0.2″。

为了提高水平式光电望远镜静态指向精度, 对光电望远镜静态指向修正模型进行了理论分析和实验研究, 建立了水平式望远镜指向模型。首先, 介绍了球谐函数模型和水平式望远镜指向模型, 并对水平式望远镜指向模型加以修改。然后, 对全天区均匀分布的70颗Tycho-2恒星进行实际观测, 获得水平式光电望远镜在L轴和B轴上的指向偏差, 利用最小二乘法对该模型进行拟合, 计算出水平式望远镜指向模型中各待定系数。最后, 采用该指向模型对某型水平式望远镜进行了修正。实验结果表明: 采用水平式望远镜指向模型进行修正后, 望远镜设备总指向精度由修正前的15210″提高到了476″。满足系统总体提出的精度要求, 能够广泛地应用于科研和工程领域。