大视场、高分辨力星载高光谱成像仪已成为空间遥感的迫切需求,要求其望远系统在宽视场内具有高空间分辨力。在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上,研究了用于高光谱成像仪的大视场离轴三反消像散（TMA）望远系统的设计问题,编制了初始结构计算程序,采用视场离轴方式,设计了一个波段范围0.4～2.5μm、焦距360 mm、相对孔径1：4、线视场11.42°的离轴三反望远系统,其主镜为6次非球面,次镜和三镜为二次曲面,考虑到市售探测器的限制,提出了视场分离的分光方法,在离轴三反系统的焦平面附近加一个刀口反射镜实现视场分离。在奈奎斯特空间频率28 lp/mm处,调制传递函数大于0.75,成像质量接近衍射极限。

视差现象的存在影响了望远系统测量瞄准的精度.针对平行光管法和视度筒法检测视差的局限性,提出了一种基于CCD图像传感器和数字图像处理技术的望远系统视差自动测试方法,论述并推导了视差的测试原理及公式,利用设计的测试系统实现了望远系统视差的数字化测试.给出的测试结果表明,与传统测试方法相比,该测试系统具有快速准确、定量直观的特点.最后分析了影响测试精度的因素.

在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上，研究了成像光谱仪用远心宽视场、大相对孔径离轴三反消像散系统的设计问题，推导出了平像场、远心三反消像散系统初始结构参量和三级像差的计算方程．在给定系统像方焦距f’和F／#的情况下，只要给定次镜对主镜的遮拦比α1和次镜口径D2的具体值，就可以得到一个平像场、远心三反消像散成像系统的初始结构，通过进一步优化可得到满足设计要求的结果．据此设计出一个光谱范围0．4～2．5μm、焦距f’=720mm、相对孔径F／4、线视场角为10°的平像场、远心离轴望远系统，其主镜为6次非球面，次镜和三镜为椭球面，在空间频率27．8对线／mm处，调制传递函数值大于0．85．

利用CCD摄像机采集像倾斜分划图像,建立线性回归数学模型,通过'目标移动法'和'亚像素定位边缘法'实现望远系统像倾斜的高精度自动测量.该方法可消除传统像倾斜测量方法中的主观误差的影响,图像处理误差小于10',使测量的结果客观化,易于实现光电自动测量.

针对用运动补偿增加成像光谱仪能量积分时间的情况，推导出了其地面分辨率和望远系统焦距选择的一般表达式。运动补偿成像光谱仪地面分辨率与指向反射镜转角成反比关系，转角大时地面分辨率低，反之亦然。给定成像光谱仪探测器像元尺寸为20μm，飞行轨道高度为600km，光线摆角≤30°，以星下点、最大摆角和整个运动补偿段地面分辨率中值为30m为依据来计算望远系统的焦距，求得望远系统焦距为400、470、435mm，并给出了此时的地面分辨率相对比值与光线摆角的关系曲线。对于积分时间一定的情况，推导出指向反射镜的反扫角速度公式。结果表明：指向反射镜反扫角速度是卫星运动速度、飞行轨道高度、对目标进行凝视测量时光线的提前摆角、飞行时间及地球半径的函数，改变指向反射镜反扫的角速度，可使积分时间增大N倍。

视场宽、结构紧凑、体积小、质量轻是空间光学成像系统设计研究的热点。在共轴三反镜系统的几何光学成像理论基础上，从离轴三反望远系统的方案选择、初始结构计算、三级像差的校正及光学系统的优化4个方面，研究了成像光谱仪用宽视场、大相对孔径离轴三反消像散望远系统的设计问题，设计出一个光谱范围1．0-2．5μm、焦距f=300mm、相对孔径f′/4、视场角6．8°×0．1°的离轴三反望远系统，系统非球面最高次数为4次，总长约为f′／2，对于空间频率30 lp／mm处，调制传递函数值均大于0．8。

为解决某种望远系统的出瞳直径与出瞳距离的测量而专门设计并研制了一个测试系统。该系统采用了一种将CCD成像技术及计算机图像处理技术等技术相结合对望远系统的出瞳直径和距离进行测试的新方法。详细介绍了测试系统中图像预处理所采用的CCD像元细分技术，根据CCD的工作原理分析了CCD的像元细分技术，提出了一种基于相关双采样和D／A转换的变阈值二值化方法，叙述了变阈值二值化的细分原理的实现方法。实验证明：该系统的测量误差小于0.02mm，重复性精度为±0．02mm，出瞳直径及出瞳距离的测量范围为0-100mm。该方法可实现数字化测量，从而可消除传统测试方法的易疲劳、人为影响等诸多缺陷，提高了检测的准确度，使检测更为直观、明确。

介绍了一种用CCD摄像器件测量望远系统视差的新方法.该方法取代人眼主观判断,自动化、数字化程度比较高.并可与计算机连接,实现自动控制、数字显示.该方法符合光学性能数字化检测的发展方向,并且具有较高的测量精度.

视场宽、结构紧凑、质量轻是空间光学系统设计研究的热点。文章从离轴三反望远系统的应用技术指标分析、设计思想、设计流程及光学系统优化4个方面,研究了成像光谱仪用宽视场、大相对孔径离轴三反消像散望远系统的设计问题,设计出一个光谱范围0.4～2.5μm、焦距f′=700mm、相对孔径f′/4、线视场角20°的离轴三反望远系统,次镜为球面,主镜和三镜非球面最高次数为4次,在Nyquist频率27.8对线/mm处,调制传递函数值均大于0.87。

本文针对望远系统分辨率的测试要求，在分析原有传统的各种检测原理与方法的基础上，提出了一种基于CCD摄像技术、DLP图形自动生成技术、光电自动调焦技术和计算机控制与图像处理技术的现代光学测试原理与方法，不仅可提高测试精度和测试效率，而且减小疲劳。