为实现(165mm×96mm)矩形扫描反射镜组件的轻量化并保证反射镜面形精度与组件支撑刚度, 提出了一种锥套柔节一体化的背部支撑方法, 实现了重量小于0.5kg的超轻量化碳化硅反射镜组件设计。镜体材料的选择为碳化硅, 支撑结构材料选择了铟钢。通过有限元仿真对扫描反射镜组件进行了仿真分析, 并采用ZYGO干涉仪对实际的反射镜组件进行了检测。实验表明, 在各方向重力的工况和轴系驱动时的扭矩作用下, 扫描反射镜面形误差的均方根值(RMS)最大值为9.705nm, 实际测试结果为10.125nm, 误差为4%, 满足RMS值优于12.6nm的要求; 组件一阶固有频率302.25Hz, 满足刚度要求。研究结果表明, 锥套柔节一体化背部支撑方法合理、有效, 解决了结构超轻量化与结构刚度、光学面形精度难以同时保证的难题。

为了减轻大尺寸（740 mm×480 mm）矩形扫描反射镜的质量并保证反射镜的面形精度，结合二维和三维等效刚度模型设计了背部开口、以三角形轻量化孔为主、轻量化率为81.4%的轻量化结构。基于球头万向节与柔性铰链原理，设计了两种背部三点支撑方式的SiC扫描反射镜组件。有限元分析结果表明，在Y方向重力及40 ℃均匀温差耦合工况下，球头万向节与柔性铰链支撑方式的反射镜面形误差均方根（RMS）值满足小于等于0.025λ（波长λ=632.8 nm）的设计要求，分别为12.3 nm和12.9 nm，一阶固有频率分别为68.1 Hz和85.5 Hz，且柔性铰链结构的刚度更好。采用自准直法测量扫描反射镜组件的面形误差，结果表明，面形误差的RMS值为0.025λ，满足实际要求，为大口径矩形扫描反射镜组件的设计提供了参考依据。

针对光电系统中常用的振动扫描反射镜进行了结构设计技术研究。采用碳化硅材料，设计了反射镜的支撑方式，确定了反射镜轻量化孔的形式。使用 ANSYS软件对反射镜分别进行了静态和动态面型变化仿真分析，并利用最小二乘法对变形后的反射镜面进行了平面拟合，分析了变形误差。对常用的几种反射膜进行了对比分析。最后对实际使用的反射镜进行了面形检测，实际成像质量表面反射镜可以满足使用要求。

为适应复杂的工作环境，提高反射镜的面形精度，设计了基于柔性支撑的RB-SiC材料长条形扫描反射镜。采用三角形单元和四边形单元相结合的背部开放式结构，对扫描反射镜进行了轻量化设计；通过分析支撑点跨距对反射镜变形的影响，对支撑点位置进行了优化设计；设计了万向柔性支撑的结构形式，消除装调和环境变化产生的残余应力；利用有限单元法建立了扫描反射镜组件的模型，计算后面形精度可达到0.023λ；采用自准值法，利用ZyGo干涉仪对反射镜的面形精度进行了测量，测量结果显示扫描反射镜的面形RMS值达到0.029λ。通过模拟无穷远处动静态目标进行了静动态成像试验，成像质量一致，通过飞行试验对地面目标进行了拍摄，扫描反射镜动态成像稳定，所获得的图像质量良好。

在星载相机中，扫描反射镜通常会带来异速像移，导致时间延迟积分(TDI)CCD上像移分布不均，不同摆角下，这种分布情况均不同，给像移补偿造成困难，难以获得清晰的成像效果。为此进行分析，建立了含扫描反射镜的像移模型。针对某一低轨卫星参数进行仿真，得到了在不同摆角下，不同视场对应的像面像移量和偏流角。若以像面中心像移量和偏流角作为补偿标准，补偿后，CCD各点的偏流角残差较小，当像移量残差小于1/3 pixel时，即可认为补偿有效。不同摆角下，这种补偿效果是不同的。通过分析，当摆角在(-20°,-0.12°)和(0.17°,20°)内时，异速像移明显，成像效果不佳；在(20°,35°)、(-35°,-20°)和(-0.12°,0.17°)范围内时，补偿效果好，利于成像；摆角为0，即对星下点拍照时，成像效果较好，此时摆角的控制精度应在(-0.12°,0.17°)范围内。以上研究可为稳像机构设计提供一定参考。

扫描反射镜广泛应用于机载光电产品中, 其镜面变形直接影响着光学系统的光路及成像质量。另外, 反射镜作为运动部件, 需要在保证刚度的情况下尽量减轻重量, 降低转动惯量。考虑过载和随机振动工况, 运用OptiStruct、Nx.Nastran和UG软件对某机载光电产品扫描反射镜进行结构优化设计, 获得了一种适于背部两点支撑的扫描反射镜结构构型。扫描反射镜优化前后的面型结果对比表明, 改进构型与原始设计构型刚度基本一致, 重量和转动惯量降低明显。在此基础上, 反射镜材料选用高体积分数铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al), 重量进一步降低, 刚度得到提高。

对尺寸为460 mm×290 mm的SiC扫描反射镜的轻量化和支撑结构的设计进行了研究。基于三角形和矩形的复合轻量化结构，采用镜体背部为开放和封闭相结合的形式，设计了一种新型的扫描反射镜组件。该组件采用侧面支撑方式和轴向柔性结构，有利于消除支撑结构材料热膨胀系数不匹配产生的热应力对镜面面形的影响。有限元方法分析结果表明：反射镜组件在1 g重力载荷和8 ℃温度变化作用下，反射镜镜面的面形误差RMS值分别为45 nm和203 nm。该反射镜轻量化形式和支撑结构满足光学成像要求，并可有效提高结构的稳定性，对于大尺寸反射镜组件的设计具有借鉴意义。

设计了一种基于新型压电驱动器的快速扫描反射镜, 反射镜面尺寸为20mm×15mm, 具有大扫描角度范围(光学扫描角度范围可达±0.7°)和高扫描带宽(其一阶谐振频率为1872Hz)。反射镜基于一对新型的位移放大压电驱动器, 对机械结构进行了有限元模拟分析和数学建模, 测试了扫描反射镜的频响特性。用软件补偿压电驱动器迟滞效应和串联硬件陷波器抑制谐振相结合的控制方法, 提高了扫描器的开环扫描线性度, 实现了高频三角波扫描。设计了基于重复控制原理的数字比例积分微分(PID)控制器, 实现了精确的正弦扫描。测试结果表明该扫描器可以实现一维快速精确光学扫描控制。另外该扫描反射镜还具有体积小巧, 结构简单等优点。

在光学反射矢量理论基础上,对于航天航空用多光谱成像仪45°镜多元探测器并扫成像特性和扫描轨迹进行了分析,给出了45°镜反射作用矩阵、45°镜多元探测器并扫成像的物像关系和像旋计算公式,及其对应的地面扫描轨迹理论计算公式.