针对天文观测和深空探测需求，提出了天基激光本振6.5 m衍射综合孔径红外射电望远镜的概念和形式，给出了激光本振阵列探测器形式，设计了基于衍射光学系统的综合孔径红外射电望远镜结构。该望远镜采用孔径渡越补偿信号处理方法扩大光谱范围，具有光学系统复杂度低、体积小和质量轻的特点。给出了系统主要参数和成像仿真结果，当中心波长为1.55 μm时，角分辨率约为0.24 μrad，最大不模糊视场角度约为1.55 mrad，光谱范围为0.2 μm，其探测灵敏度要比传统6.5 m口径望远镜高2倍，可观测的极限星等优于21。

结构健康监测系统中光纤光栅应变计长期工作易发生故障，其本身的状态诊断与维护关系到系统的可靠性。基于同结构监测中光纤光栅应变计原始输出具有相同规律的特点，提出一种传感器异常诊断方法，利用信号处理方法提取测点样本长度、标准差、能量值及主成分周期值作为特征。通过循环迭代获取特征值聚合中心点，将特征偏离中心点距离标准化后融合为综合异常指数，实现传感器的异常和故障判别。仿真证明，故障测点为总测点数目的20%以内，可有效识别故障测点。对500米口径球面射电望远镜（FAST）工程健康监测系统的416个光纤光栅应变计测点进行诊断，成功提取317个传感器的特征，识别出4个故障测点与14个异常测点。该方法不需要先验知识训练，基于数据本身特性实现诊断，对光纤光栅应变计的多种故障有较强的指示作用，满足FAST结构健康监测的工程需求。

面板缝隙会引起天线增益的下降和噪声温度的提高，对追求极致灵敏度的射电望远镜而言，其影响不可忽略。针对国际大科学工程平方公里阵 (SKA)的核心设备— —15 m双偏置格里高利天线，结合具体的结构设计和制造工艺，对副反射面缝隙的影响进行分析。通过电磁分析指导结构设计，有效抑制了面板缝隙对天线灵敏度的影响，保证了 SKA天线的性能。

在传统射电望远镜指向误差修正模型的基础上, 考虑大气折射对指向精度的影响, 提出了一种利用实时的温度、大气压强和相对湿度等数据实现大气折射角度精确计算的指向修正模型.针对不同的气象条件, 对这一模型和传统模型的修正精度进行了仿真分析和对比, 并将该模型应用到了上海天文台天马站65米射电望远镜的指向修正中.在65米射电望远镜Ku频段的观测实验验证表明, 新的指向修正模型优于传统模型, 65米指向精度在20°仰角以下提高了25.8%, 15°仰角以下提高了45%, 10°仰角以下提高了60%, 总的俯仰指向精度达到5.00″, 比传统方法提高了5.3%.基本消除了由大气折射引起的低仰角指向精度恶化.

为快速测量射电望远镜主反射面的动态形变,提高高频观测效率,利用多波束天线方向图具有相似性和重叠性的特征,基于相位恢复法提出了一种快速测量方法。首先将各波束的部分聚焦和离焦天线方向图减去其相对于中心位置的指向偏差,然后拼接为中心波束的完整聚焦和离焦天线方向图;接着采用Levenberg-Marquardt算法最小化该拼接天线方向图和理论天线方向图的残差,计算出反映主反射面动态形变成分的低阶Zernike多项式系数,从而获得主反射面的动态形变。基于7波束Q波段的数值仿真实验表明,该方法能够在5 min内以55 μm的测量精度测得射电望远镜主反射面的动态形变,且具有较好的抗噪声、抗幅度波动等优点,可应用于90 GHz以下的天文观测。

针对奇台110 m口径射电望远镜高指向精确度特点, 在现有天线指向模型的基础上, 推导了轨道误差源(轨道不平度)对指向精确度影响的关系模型。基于功率谱函数傅里叶级数系数归并法, 建立了天线轨道不平度数学模型。针对国外某完全焊接式50 m天线, 轨道水平度测量数据, 通过实验数值仿真, 采用查表法补偿轨道不平度造成的天线指向误差, 使俯仰角误差精确度提高了1.5″, 对高指向精确度天线实现的研究提供了有力支持。

为实现五百米口径球面射电望远镜(Five-hundred meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)馈源支撑系统馈源终端的高精度轨迹跟踪及防止馈源支撑索力超限, 研究了馈源支撑系统星形框架和AB轴机构对目标终端位姿的分配算法。首先, 根据馈源支撑系统机构特征, 综合馈源舱的重心时变及其采用的回照策略, 建立了带有馈源舱回照策略的考虑馈源舱重心时变的悬索牵引并联系统力学模型。然后, 为解决AB轴机构与星形框架间的运动耦合问题, 设计了两种馈源支撑系统位姿分配算法: 优先保障六索索力均衡的位姿分配算法和优先保障馈源接收终端定位精度的位姿分配算法。最后, 通过仿真对两种算法在馈源终端定位精度和索力分布情况两个方面的性能进行分析。仿真结果表明: 前一算法能使六索索力分配均匀, 但是引入了最大1.2°的馈源接收终端指向误差, 已超出工程指向精度范围。后一算法的六索索力波动较大, 但索力没超限或虚牵, 能保证馈源接收终端的位姿, 此算法满足工程需求。

针对新疆奇台110 m射电望远镜主动反射面控制技术的要求, 设计和研制了一种新型的位移促动器和位移控制系统, 并采用双频激光干涉仪对多个位移促动器及其控制系统进行了全面检测。位移促动器采用了基于涡轮蜗杆加滚珠丝杆的高精度结构设计方案, 控制器系统采用了ARM微处理器。最后选择S曲线加速控制方法, 设计了主动反射面控制系统硬件平台和软件算法。基于双频激光干涉仪和光学隔振平台在恒温超洁净条件下进行了系列测试。结果表明: 系统实现了行程范围为30 mm, 控制精度为5 μm RMS的快速精密控制; 在额定负载300 kg, 步长2 mm, 行程30 mm范围内, 实测结果平均值与理论值偏差为0.04%, 标准偏差为3.67 μm。最后, 采用测量精度为0.25 μm的激光传感器对4块四点支撑的四边形子面板进行了验证检测。结果显示: 经多次迭代后主动反射面控制闭环系统的控制精度小于5 μm RMS, 远远优于3 mm波段射电望远镜主动反射面控制的技术要求。

针对我国待建的110 m全可动射电望远镜(QTT)的工作特点，以提高主反射面精度为目标，以最佳吻合抛物面为拟合标准，分析了传统结构方案致使精度较低的本质原因为反射体变形不均匀，主要源于如下三方面：主反射面存在集中荷载作用、背架结构支承方案不合理、背架结构体系空间受力性能不佳。基于此，改变副反射面撑腿坐落位置，对背架结构采用三角锥、四角锥相结合的网架式结构方案，并对其引入一种高度极对称的伞撑式支承方案。最终提出的全可动望远镜结构总体方案显著提高了主反射面精度，其RMS最大值可降至0.306 mm；相较目前世界最大的全可动射电望远镜GBT而言，其反射面积增大了10%，精度提高了12.6%，自重降低了40%，其研究成果达到国际先进水平。

依据500 m口径球面射电望远镜(FAST)主动反射面工作原理及相关结构尺寸,基于反射面单元动态面形精度分析研究了FAST瞬时抛物面的拟合精度.首先,以反射面单元为研究对象,自节点开始推导考虑了机构运动的反射面单元动态面形精度计算方法.然后,提取不同区域19块反射面单元的各自9种初始面形工况,给出了分析算例.最后,基于单元动态精度特性,提出瞬时抛物面机械本体拟合精度及考虑馈源照明函数的半光程差拟合精度预估方法,并给出2种改善措施,即扩大可控区至300 m抛物面外一层节点靶标,及抛物面周圈节点靶标向球心、中心反向各自偏移4 mm.结果表明:反射面单元初始面形应优选面形精度RMS为2 mm的波浪式面板.改进控制策略后机械本体拟合精度提高至RMS为3.938 mm,优于RMS为5 mm的设计指标,此时半光程差拟合精度RMS为0.629 mm.该项研究对确定反射面单元初始面形及调节瞬时抛物面拟合精度很有意义.