扫描镜是高光谱成像激光雷达的重要组成部件,因此,分析了多面体转镜扫描、振镜扫描、圆锥扫描三种扫描方式,推导了不同扫描方式的轨迹,并结合飞机航迹得到发射激光扫描轨迹与扫描方式的关系。在此基础上,设计了一种用于高光谱成像激光雷达系统的圆锥扫描方式。实验结果表明,在飞行高度为500 m、激光脉冲重复频率为130 kHz、激光发散角为0.3 mrad时,该方式满足视场角等于30°、两个相邻脉冲夹角小于1 mrad的要求。相比其他扫描方式,圆锥扫描可提高激光雷达光斑脚点的密度,为数据的有效采集和地物的精准分类提供了帮助。

由于高精度位移传感器体积大、价格高，系统传递函数复杂难以辨识等因素，目前对于压电驱动的FSM 大多通过前馈补偿的方法进行开环控制。为了实现对一种新型三支撑三维FSM 的反馈控制，本文基于电阻应变片构建了反馈信号进行采集的系统，先用电阻应变片采集压电陶瓷得输出位移，然后通过标定系统将其转化为反射镜的偏转角度。并在此基础上，对系统的开环传递函数进行了辨识，得到了一个七阶的传递函数。实验证明，反馈信号采集系统能够兼顾体积和精度，所获得的传递函数能够较好地拟合该系统的动态特性，为后续控制算法的设计实现奠定了很好的基础。

光机扫描机构是各种航天航空遥感扫描成像系统的重要组成部分，而扫描镜及转动轴系又是其关键因素。从实际工程应用出发，着重论述一种大尺寸扫描镜的制备工艺以及光机扫描机构转动轴系的设计及校核方案，提出了一种 45°平面反射镜扫描机构的关键实现技术和解决方案，经检验该方案切实可行。

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器，要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能，主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光，利用分色片将工作波段分成3个通道实现多模式高光谱分辨率探测的新方法，设计了一个多模式差分吸收高光谱成像仪光学系统，瞬时视场为1.8°×0.04°，系统F数为2，工作波段为250~500 nm，分成250~310 nm、300~410 nm和400~500 nm 3个通道。利用ZEMAX-EE软件进行优化设计和分析，其中250~310 nm通道，光谱分辨率为0.12 nm，满足光谱分辨率不大于0.4 nm的指标要求；300~410 nm和400~500 nm通道，光谱分辨率分别为0.25 nm和0.23 nm，满足光谱分辨率不大于0.6 nm的指标要求。多模式差分吸收高光谱成像仪在空间维方向的调制传递函数（MTF）在特征频率0.25 lp/mm处达到0.98以上，能够满足空间多模式差分吸收高光谱大气探测的要求。

分析了航空红外相机的结构特点, 论证了装调该类相机的关键技术。提出一种针对单相机镜头的装调和验证方法。 该方法基于经纬仪测试探测器的线阵方向和视轴方向对相机进行粗调, 结合质心亚像元定位算法对相机进行精调。提出了基于大口径平行光管和高精度可控转台覆盖所有镜头完成一次性装调的方案, 解决了多个视轴相机组视轴高精度一致性装调的问题。实验表明: 提出的方法满足航空红外相机的高精度、小公差的装调要求。单相机视轴与光轴夹角、多角度各组相机之间的视轴夹角的实际装调精度达到0.052 pixel, 比常规方法单像元的装调精度提高近20倍。 提出的方法为航空红外相机的高精度装调提供了一种精确可行的途径, 并可应用于结构类似的航天遥感器的装调。

扫描拼接技术由于原理简单、易于实现而被广泛应用于全景成像系统中,然而该系统中使用的二维扫描镜在工作过程中会引起图像旋转.对二维扫描镜引起的像旋进行特性分析能够指导全景成像系统中像旋校正.假设物理为球面,基于光学反射矢量理论基础对水平扫描和俯仰扫描进行像旋特性分析比较.仿真结果表明二维扫描镜在水平扫描时像旋角与旋转角比例为1∶1,而俯仰扫描不存在比例关系,可以对精确实现光机消像旋提供指导作用.

对某遥感卫星红外扫描成像仪45°旋转扫描镜多元并扫成像中产生的图像像旋现象进行了分析, 构建了图像校正模型。阐述了像旋产生的机理及图像校正方法。通过对遥感图像的仿真分析, 初步验证了地面软件消像旋方案的正确性与可行性。