太阳望远镜内部因太阳辐射作用使镜面升温，镜面上方产生局部大气湍流，导致镜面视宁度不佳，从而造成像质的严重衰减。文中基于温度梯度和气体流动导致固体-流场的耦合作用，提出镜面视宁度效应的形成机制，建立湍流大气光学产生镜面视宁度效应的理论，利用1 550 mm大口径双曲面镜的实验数据推导并验证镜面视宁度的实验模型，并对太阳望远镜主镜温控目标进行确定。在自然对流和强迫对流两种条件下，不同环境风速时镜面温差改变对镜面视宁度的影响。结果表明：镜面温差和环境风速与镜面视宁度相关性很强，增加主动通风可以降低镜面视宁度。温差是4 ℃条件下，自然对流时镜面视宁度为 1.43″；温差是 3 ℃条件下，0.2 m/s 强迫对流时镜面视宁度为 0.44″，1 m/s 强迫对流时镜面视宁度为 0.27″。根据镜面视宁度效应容差标准，在0.2 m/s强迫对流条件下，镜面-空气温差应控制在0.2 K以下；在1.0 m/s强迫对流条件下，镜面-空气温差应控制在1 K以下。此研究成果旨在揭示空气湍流的形成机理与传播规律及其对望远镜像质退化影响规律，为提升大口径太阳望远镜工作分辨率奠定基础。

研制了基于三分区镜的倒立式三视场施密特型望远镜，对其关键技术进行了分析。利用正三棱锥的几何对称性，推导了3个视场的视轴夹角与分区镜面夹角之间的关系式，设计了用于实现多视场观测功能的三分区镜；通过有限元法分析了倒立式施密特望远镜主镜重力形变对像质的影响，阐述了检测光路关键参数对施密特修正镜加工误差的影响程度，采用蒙特卡罗法对该光学系统的杂散光进行了分析。最后对整个光学系统进行了实验检测，检测结果表明：实际研制的三分区镜镜面之间的夹角为133.08°，可同时对相互垂直的3个视场进行观测；该望远镜光学系统的PV=0.614λ，RMS = 0.105 λ(λ= 632.8 nm)。该系统可用于地球空间姿态测量，拓展了施密特望远镜的应用范围。

针对振动环境中传统光斑中心定位算法存在的处理时间长、精度低等问题，本文提出一种基于遗传算法优化BP神经网络的光斑定位方法。使用BP神经网络对光斑位置进行预测，并通过遗传算法对神经网络进行优化。构建BP神经网络模型，将使用质心、形心、高斯拟合等方法求出的光斑中心位置以及形心法求出的光斑半径作为输入，对光斑真实中心位置进行预测。并使用遗传算法优化神经网络的权值和阈值，以增强预测效果。实验过程中，通过对光学系统外加干扰模拟振动环境，采集数据用于神经网络训练和算法验证。实验结果表明，优化前后的标定测试迭代次数分别为55和29，平均误差分别为0.81像素和0.45像素。由本文结果可知，在遗传算法的优化下，神经网络算法的迭代速度和预测精度均有所提高。

为解决Φ2 m平面镜高精度面形检测问题，并提高瑞奇-康芒检测方法的可靠性，研究了一种基于单位激励法与逆向复算的Φ2 m平面镜面形检测技术。分析了在气流扰动、球面镜面形等误差源对单位激励面形计算方法的影响；采用单位激励与光学软件逆向复算相结合的方式，提高瑞奇康芒-检测方法的可靠性。仿真分析2 m平面镜检测过程中气流变化对面形恢复的影响，结果显示：在气流影响情况下，经过多次平均计算面形解算稳定性保持在0.003λ；在球面镜面形影响情况下，面形计算精度达到0.0079λ。采用这种方法，对实际Φ2 m平面镜进行面形加工过程控制，面形检测结果显示该平面镜的RMS达到0.0415λ，PV为0.2040λ（λ=632.8 nm）。该研究旨在解决误差影响情况下大口径平面镜面形检测问题，对于实际镜面加工、检测具有重要的应用意义。