为提高凝视型共形光学系统的成像质量，提出了采用共形整流罩内表面设计与Zernike Fringe Sag 面固定校正板设计相结合的固定校正方法。根据建立的入射光线与出射光线方向的偏离角与整流罩参数的关系，设计整流罩内表面参数，减小共形整流罩引入的部分像差。在此基础上，利用Zernike Fringe 多项式各项与像差的对应关系，构建Zernike Fringe Sag 面固定校正板。基于该设计方法设计了一个凝视型共形光学系统，其F 数为1，焦距f 为30 mm，观察视场为±35°。分析了校正前后系统的像差特性。设计结果表明，该方法有效地减小了共形光学系统存在的主要像差，整个观察视场范围内调制传递函数(MTF)曲线在17 lp/mm 处均达到0.748以上，成像质量良好。

应用椭球形整流罩的飞行器具有良好的空气动力学特性，但由于头罩的非旋转对称结构特性，后续红外搜索/跟踪成像系统难以同时实现大扫描视场与良好成像质量.为解决这一难题，提出一种基于拱形校正元件和动态校正器的椭球形整流罩光学系统设计方法，使用该方法设计的中波红外头罩光学系统具有±54°的超大扫描视场，且成像质量在整个扫描和瞬时视场内接近衍射极限.

提出了一种可用于指导非旋转对称、折反射式光学系统设计的Wasserman-Wolf曲面设计方法，并将其用于设计椭球形整流罩光学系统，得到的系统具有结构尺寸小的优点。利用最小二乘拟合的方法使系统初始结构兼顾各个扫描视场的像差校正需求，克服了以往只针对零视场计算校正元件初始参数致使扩展至整个扫描视场时系统评价函数难以收敛的弊端。同时，从平面对称的矢量像差理论出发，分析了平面对称反射镜的像差特性，阐述了在不同扫描视场中，利用反射镜倾斜来进行动态像差补偿的原理。设计了一套工作波段为中波红外的椭球形整流罩光学系统，该系统的调制传递函数(MTF)在整个扫描视场内接近衍射极限。