ICCD相机建模是该相机图像模拟和改进相机设计、系统性能优化需要解决的重要问题.依据ICCD相机实际物理结构和参数建立了完整动态响应的物理模型和系统的噪声模型,并对相机在典型工作条件下的系统性能进行了仿真分析.

光学仪器通常都工作在一定的温度环境中， 温度变化将造成光机系统的结构尺寸以及光学介质的特性等参数发生变化。针对卡式红外光学系统工作环境温度变化范围大的特点，进行了热补偿结构设计。 并利用有限元方法，对主镜及其支撑结构进行了分析，明确了导致镜面变形和结构参数变化的主要因素为大范围的温度变化。 在此基础上，对支撑结构进行了改进和参数的优化设计。 研究结果表明：改进后的结构是合理可行的。

部分凹透镜的凹面由于设计和工艺的要求,需要磨出一个垂直于光轴的平面,往往该平面与通光口径重合,一般精度要求不严,所以传统的磨边机没有在线检测通光口径的功能。而对于通光口径要求严格的镜片,在线检测非常必要。为解决这一实际问题研发了专用检测仪器。先对凹透镜通光口径上边缘成像,再微调手轮,使得分化板刻度线对准上边缘,把此点定为零点,然后调动手轮,移动工作台,使得分化板与通光口径下边缘对齐,其经过的距离就是凹透镜的通光口径。这个距离通过固定在移动工作台上的光栅进行测量,从而实现了光栅精密测量和光学成像的巧妙结合,创新性的实现了小视场对大距离的测量。

介绍了SO型元件引脚共面性检测装置的系统设计,阐述了机器视觉检测系统的原理,应用图像处理与识别技术,实现了对SO型元件引脚共面性的非接触无损检测。把引脚端面与基准面放置在同一平面上,得到引脚端面与基准面清晰的像,测量出两者之间的距离,以此为据判断引脚共面性是否合格。

非球面的非零位法检测高效快速，并可实现较高精度的通用化检测。介绍了一种可用于非球面非零位检测中降低检测光波前斜率的部分零位透镜。该透镜具有较大的球差，可以显著补偿被测非球面的纵向法线像差，使得返回的检测光波前能够被探测器分辨。论述了部分零位透镜的设计过程，特别是约束控制条件以及初始结构的选取原则，并就相对口径为．f／2和．f／1．5的两个抛物面给出了设计实例。设计结果表明：该部分零位透镜可以对一定口径和相对口径范围内的非球面实现部分零位补偿。利用一系列部分零位镜将可以对较大范围内的非球面进行补偿，从而实现常见非球面的通用化检测。该研究对非球面的通用化检测具有重要意义。

提出了一种球面复眼成像系统的结构设计方案。基于电场操控液滴透镜面形可实现变焦的技术，在球壳基底上制作非球面液滴透镜并用电场改变其焦距以满足不同视场角的成像要求．通过折转透镜将不同视场角的入射光聚焦在平面CCD的不同位置。从而在获得大视场的同时改善了边缘光线的成像质量。讨论了非球面液滴透镜的制备过程．设计了球面复眼透镜系统的结构，并利用ZEMAX软件进行光学建模，分析了单个通道的成像性质以及各个通道在成像平面上的位置关系。结果表明：该结构在±45°视场角内对边缘光线的成像质量有明显的改善作用。在大视场成像的同时保持了低像差．可以满足运动目标检测的应用要求。

高超声速飞行器在飞行过程中受到强烈的气动加热,位于头部的红外探测窗口温度上升显著,辐射透过率下降的同时自身发射辐射大幅增强,致使内部的红外探测器信噪比下降,严重情况下可能失效。对超声速弹头弹道末端蓝宝石红外探测窗口的气动加热-非稳态温升过程及其3.7-4.8μm波段红外辐射透射特性进行数值模拟,结果表明平均温度已经不能准确反映蓝宝石窗口的红外透射特性及其对红外探测器灵敏度的影响;存在一个最优的红外探测窗口厚度,该厚度下红外探测器在弹道末端的灵敏度达到最佳。

为了解除4 m轻量化反射镜支撑系统间存在的相互耦合作用,提出了采用广义最小二乘法进行主动光学的模式定标计算。首先,介绍了4 m轻量化反射镜的支撑系统,推导出液压Whiffletree支撑系统工作下主动光学校正力组满足解耦条件的等式约束方程,将节点面积加权因子修正后的Zernike多项式面形拟合过程作为有限元分析前处理,建立主动光学的响应矩阵。其次,采用广义最小二乘法求解同时满足等式和不等式约束下的最佳校正力组。最后,将提出的方法应用于重力印透效应产生的镜面变形主动力解算,分析不同阻尼因子对解算结果的影响。结果表明：阻尼因子取7.4e-9时,达到了满足约束条件的最佳校正效果,镜面面形均方根由最初的271.5 nm通过校正后变为8.3 nm。验证了广义最小二乘法应用于4 m轻量化反射镜主动光学校正力组解算的可行性。

轴向支撑对大口径主镜的定位及镜面变形有着重要的作用，为了深入开展该课题的研究，在传统机械whime．tree支撑的基础上引入了轴向液压Whiffle，tree支撑。首先，从三点运动学定位支撑原理出发，介绍了Whiffle．tree支撑的特点与分类，着重对比分析了液压Whiffle．tree和机械Whiffle．tree支撑的优缺点。进而，根据液压Whiffie．tree的特点，分析推导了其建模方法，并运用该方法对一块18点液压轴向支撑的大口径主镜进行了静力学分析与优化，拟合后镜面变形RMS值为18．6nm，满足设计要求。同时通过对不同建模分析结果的对比，验证了该建模方法的合理性和正确性，为大口径主镜的轴向支撑分析提供了一种参考。

针对2 m SiC轻量化主镜设计了液压whiffletree被动支撑系统，通过在轴向液压支撑点处并联杠杆配重机构的方式，实现了不同支撑圈上轴向支撑力的优化分配，将轴向支撑下主镜的镜面变形RMS值从7.1 nm优化到4.8 nm。针对SiC主镜热膨胀率大的特性，提出了采用具有热解耦能力的切向连杆结合液压whiffletree的侧向支撑系统，并借助于有限元法预算出主镜光轴水平状态下侧向支撑引起的镜面变形误差RMS值为39.7 nm。当温差为20℃时，轴向和侧向支撑结构作用下的主镜镜面变形误差RMS值仍保持在4.8 nm，验证了侧向支撑良好的热解耦能力。