由于仪器传递函数（Instrument Transfer Function, ITF）能准确反映仪器在空间频率上的响应特征，被广泛应用于仪器规范之中。目前多采用刻有单一台阶特征或不同周期正弦特征的平面测试板对干涉仪的ITF进行检测。针对平面测试板无法完成高陡度球面/非球面镜检测时ITF标定的问题，提出了根据球面台阶测试板标定高陡度镜面检测的子孔径拼接ITF的方法。通过超精密车削技术制作了球面台阶测试板，并对其进行拼接检测，根据梯度定位法和旋转矩阵完成检测孔径中台阶的定位及采样，利用傅里叶变换方法实现对台阶实测面形的功率谱密度求解，最后与理想面形功率谱密度做比获得ITF。对口径100 mm、曲率半径100 mm、带有同心圆环台阶结构的球面台阶测试板进行拼接检测以及数据分析，实验结果表明：在1 mm⁻¹的空间频率范围内，各个子孔径对高陡度镜面的检测水平平均可达到82.72%，具有较好的检测精度，随后ITF逐渐衰减，当空间频率在1.5 mm⁻¹左右时，仅能达到40%~60%。

为了实现大口径凸非球面的高精度检测，提出了将子孔径拼接检测法和计算全息补偿检测法相结合的检测方法。由于其中心的非球面度较小，采用球面波直接检测；而外圈的非球面度较大，采用子孔径拼接和计算全息混合补偿的方法进行测量，再通过拼接算法将中心检测数据和外圈检测数据进行拼接从而得到全口径面形。结合实例对一块口径为540 mm的大口径凸非球面进行测量，并将检测结果与Luphoscan 检测结果进行对比，两种方法检测面形残差的RMS值为0.019λ，自检验子孔径与拼接结果点对点相减后的RMS值为0.017λ。结果表明该方法能够实现大口径凸非球面的高精度检测。

提出了一种基于粒子群优化的子孔径拼接方法，实现子孔径拼接调整误差和定位误差的同步消除。为了提升粒子群搜索算法的效率，利用降采样的方式缩小粒子群算法的搜索范围，然后通过梯度法获取像素级定位误差，实现各项误差系数的求解。以实测干涉波面作为仿真输入，比对了该算法和常规粒子群算法的子孔径拼接干涉检测结果。两种方法均能达到整像素级定位精度，但采用4阶（1/16）降采样手段使得算法的运算速度提高了约12倍。选择平面反射镜、离轴抛物面反射镜作为实测样品，利用所提拼接方法获得的表面面形与全口径测试结果吻合，拼接结果准确。

在简要总结了各种检测大口径反射镜难点的基础上，为了实现30 m望远镜（TMT）超大口径第三反射镜的高精度检测，提出了一种融合五棱镜扫描技术和子孔径拼接测试技术的新方法。大口径反射镜分阶段依次进行了五棱镜扫描测试和子孔径拼接检测，对该技术的基本原理和基础理论进行了分析和研究，制定了检测30 m望远镜第三反射镜（口径为3.5 m×2.5 m）的方案，对其测试流程、五棱镜设计、五棱镜扫描像差拟合、拼接最优化算法等进行了详细分析，并对30 m望远镜第三反射镜的原理镜进行了实验验证，其最终拼接检测面形的均方根值（RMS）和斜率均方根值（slopeRMS）分别为28.676 nm和0.97 μrad。

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求，提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统，结合子孔径划分拼接方法，对各子孔径分别进行测量，并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差，高精度测得各个子孔径的面形数据，由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场，可极大降低所需的子孔径数量，由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性，分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验，并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明，利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑，且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 µm，优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围，并且系统结构简单，为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。

为了解决大口径平面反射镜高精度检测问题，建立了一种基于全局优化的子孔径拼接检测数学模型，同时提出了一种拼接因子用于重叠区域取值。基于上述方法，结合工程实例，对一口径为120 mm的平面反射镜完成拼接检测，检测中共规划了四个待测子孔径，为了对比文中所述算法与传统最小二乘拟合拼接算法的拼接性能，分别利用两种算法完成了待测平面镜的面形重构。实验结果表明，两种算法所得拼接结果光滑、连续、无“拼痕”，同时分别将两种算法所得拼接结果与全口径检测结果进行了对比分析，从传统拼接算法残差图中可以看到明显的“拼痕”，而加权拼接方法得到的拼接结果光滑、连续，同时其残差图的PV与RMS值分别为0.012λ与0.002λ，小于传统算法残差图的PV与RMS值，验证了算法的可靠性与精度。

大口径空间巡天望远镜的精确平场定标是实现既定科学目标的重要前提。目前普遍是通过平场屏幕或大口径积分球提供均匀平场基准来检验像面响应一致性。针对平场屏幕照明均匀性差，超大口径积分球制备困难等问题，本文提出了一种基于子孔径扫描的平场定标方法，以改善平场基准的均匀性及杂散光导致的定标不确定度。首先，完成子孔径平场定标理论分析，建立子孔径平场定标数学模型，规划子孔径扫描路线及扫描孔径大小，进行标定用准直系统参数的初设计。其次，完成像面照度仿真验证实验。最后，搭建实验平台，对规划的子孔径进行扫描，构建全口径照度数据，验证上述大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标方案的可行性。实验结果表明：以全口径为基准，用子孔径拼接法扫描待测系统像面能量叠加对比全口径像面照度，能够恢复全口径的照度信息，全口径像面灰度值为231.085，单个子孔径叠加灰度值为233.350，误差为1%，本文研究表明子孔径拼接法可用于大口径巡天望远镜的平场定标，具有实际应用价值。