针对航测相机对地摆扫成像过程中的动态像移问题，采用两镜望远系统的矢量像差理论，将次镜作为像移补偿元件，通过次镜多维运动实现航测相机的综合像移补偿。次镜在对像移进行补偿的过程中会发生偏心和倾斜，导致次镜离轴，影响成像质量，因此，建立了失调折反光学系统成像模型，研究次镜像差场偏移矢量与次镜失调量之间的关系，并分析次镜多维运动对成像质量的影响。为验证次镜多维运动的像移补偿能力，搭建实验平台对该航测相机进行了实验室内以及外场成像试验。结果表明，采用该像移补偿技术的航测相机动态分辨率可达74 lp/mm，且像移补偿精度优于0.5个像素，达到设计预期。

针对航空光电遥感器在不同工作环境下会产生离焦这一问题，采用移动镜组方式进行调焦，以保证其成像质量。该调焦机构采用消间隙丝杠螺母副作为传动机构，采用六个精密轴承及弹性预紧组件作为导向机构，同时采用一对电涡流传感器及一个菱形被检测件作为测位移传感器，在有限包络尺寸下最大程度保证其调焦精度。从传动误差和传感器组件误差两方面对调焦机构进行精度分析，并且搭建实验平台对其进行了传动定位精度实验和晃动精度实验。实验结果表明，该调焦机构的传动定位精度在±6 μm以内，晃动精度在±4″以内，满足光学系统提出的调焦精度设计要求。

为了满足低照度环境下航空影像信息快速获取的需求，对一种低照度宽幅成像系统进行了研究。基于相机摆扫成像的工作模式，明确了采用大相对孔径低畸变的光学系统，配合真空制冷的低噪声高灵敏度CMOS探测器成像，并通过高速振镜进行扫描像移补偿的技术路线。详细阐述了相机机械构型的设计思路，总结了一套可工程应用的低照度成像能力计算方法。研究了振镜补偿像移的基本原理，并对相机主体框架进行了仿真分析计算。依据该设计和研究结果，完成了低照度宽幅航空相机的加工装配。该相机具有0.1 m （航高1 km）地面像元分辨率, 成像照度适应范围为10~100000 lx，并且在速高比≤0.04时，可实现3倍航高的大收容宽度。系统的成像质量优良，实测镜头在77 lp/mm时，中心视场传递函数大于0.45。实验室和外场飞行试验所获取的图像清晰，对比度和分辨率高，可以满足使用需求。同时，该相机实际包络尺寸为190 mm×140 mm×140 mm，质量仅为2800 g，具有轻小型的特点。

为了满足光电搜索跟踪瞄准装置电视探测系统对光轴稳定性和一致性的要求，对一种采用旋转式切换机构的三视场电视探测系统进行了研究。通过对系统指标的分析，选定了切入切出式视场切换的光学系统方案，明确了采用旋转式切换机构的结构形式。基于该思路设计了精密旋转轴系、强力钕磁铁以及高弹力的柱塞限位机构和具有自锁特点的蜗轮蜗杆驱动机构，给出了限位机构和驱动机构的选型计算过程和结果。提出了利用经纬仪配合十字分划板工装的光轴一致性装调方法。通过该设计和装调流程，最终实现了高稳定性的三视场电视探测系统。测试结果表明，系统中视场光轴稳定性不超过8″，三个视场的光轴一致性均在1个像元尺寸内，满足指标要求。实验室和外景试验效果表明，系统各个视场成像质量优良，探测距离远，可以满足使用要求。

建立了不同类型衍射元件对衍射效率的影响模型，比较了单层衍射元件、谐衍射元件和双层衍射元件之间衍射效率的差异，重点分析在红外双波段光学系统中应用双层衍射元件的突出优势，计算不同材料组合情况下双层元件的平均衍射效率，以此为基础设计一款适合于高空机载平台的折衍混合红外双波段双视场光学系统。大视场对应的地物分辨率为1.5 m@16 km，长焦、短焦分别为960 mm和480 mm，通过切换反射镜改变光路来实现变焦功能，保证变焦过程中系统的光轴稳定性。仿真结果表明在−40~60 ℃的大温差环境下，系统的MTF曲线平滑且接近衍射极限，RMS半径位于艾里斑半径以内，二元衍射面的最小特征尺寸为6.9 μm，设计结果满足工程使用要求。