为解决离轴三反空间相机随机响应过大的问题, 提出了一种以降低加速度响应均方根值 (RMS)为目标的空间相机主支撑结构拓扑优化设计方法。首先, 在分析各种空间相机主支撑结构和某离轴三反光学系统特点的基础上, 确定了次镜组件和折叠镜组件分开支撑的结构形式。其次, 以离轴三反空间相机次镜的加速度响应均方根值为优化目标, 以体积分数, X、Y、Z向重力载荷分别作用下次镜的刚体位移, 主支撑结构的一阶频率为约束条件对初始主支撑结构有限元模型进行拓扑优化设计, 得到了加速度响应满足设计要求的主支撑结构。最后, 对该结构进行有限元分析和振动试验, 表明了该离轴三反空间相机力学性能指标均满足设计要求, 其中 Z向 2 g RMS量级的随机激励下次镜的加速度响应均方根值为 5.08 g；主支撑结构质量仅为 3.8 kg, 一阶频率达到了 291.4 Hz。该离轴三反相机主支撑结构的设计方法可以作为其他同型相机结构设计的参考。

针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要，设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数，实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构，选择了结构简单、扩展性和调整性优良的两点单层固定支撑结构。利用集成仿真与优化方法，分析计算反射镜镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势，确定了最优支撑间隔。最后，利用干涉仪结合补偿器的检测方式，对不同支撑间隔工况下镜面面形进行检测，验证了仿真分析的可靠性。结果表明: 在支撑间隔为564 mm时，由检测支撑引起的镜面面形误差最小(RMS=8.26 nm)，干涉检测得到的镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势与仿真得到的趋势相符，仿真结果可靠性高。提出的方法可实施性好，可推广到其他大口径离轴长条形反射镜的设计和检测中，为离轴三反(TMA)相机的设计提供技术基础。

由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下，其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变，对系统的后截距产生较大的影响，最终导致相机离焦，成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统，得到其后截距公式；通过齐次坐标变换，得到反射镜面刚体位移公式；通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径，计算出相机在空间环境下的离焦量为004 mm，为调焦机构的设计提供了理论依据。

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦, 从而影响遥感成像质量。本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿。首先, 分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点, 确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理。然后, 介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器, 推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系, 分析了调焦系统所能达到的调焦精度。最后, 通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线。对闭环控制方式测试数据的计算分析显示, 闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11 μm, 满足相机调焦控制精度±10 μm的要求。

为了精确计算离轴三反相机的焦距以保证其测绘精度，对经典测绘模型和相关公式进行了必要的修正。首先，重新定义了离轴三反测绘相机的交会角，并对经典焦距计算公式做了修正; 其次，分析了地球曲率对离轴三反测绘相机焦距计算的影响，进一步修正了焦距计算公式。实例计算表明：当要求地面像元分辨率为2 m，在CCD像元尺寸为8 μm，轨道高度为700 km，离轴角为7°条件下，应用经典计算公式得出的斜视相机焦距与应用修正后的计算公式所得出的斜视相机焦距相对偏差达到2.6%，说明对测绘精度影响很大。因此，在采用离轴三反相机进行摄影测量时，斜视相机焦距的计算应考虑离轴角后对经典公式进行必要的修正，而正视相机的焦距计算可以沿用经典计算公式。

由于测绘相机的关键几何参数内方位元素和畸变的标定精度决定相机的立体测绘精度，本文提出了一种离轴三反时间延迟积分(TDI)CCD相机内方位元素和畸变的标定方法。介绍了离轴三反TDICCD相机的光学系统和像面拼接方法，明确了该相机内方位元素和畸变的含义。建立了标定系统及相应的数学模型，应用最小二乘回归法求得了内方位元素和畸变的表达式。利用提出的方法标定了相机的内方位元素和畸变，并对标定误差进行了分析。结果表明:该方法对主点的标定精度可达10 μm(1σ)，对主距的标定精度可达20 μm(1σ)，对畸变的标定精度为23 μm(1σ)。结果显示提出的标定方法快捷且有效。