空间碎片的迅猛增长,对在轨航天器带来极大的安全隐患;小卫星特别是皮卫星、纳卫星的释放越来越多,探测和跟踪这些小卫星对现有系统能力构成了极大挑战。另外,高轨空间区域,聚集着导航、气象、通信等众多战略性空间系统,对其有效监测具有重要的潜在战略价值。地基观测是目前空间态势感知系统的主要手段,不同于其他的地基观测系统,大口径大视场光电探测系统的搜索效率高、探测能力强,属于普查型光电设备,是空间态势感知系统不可缺少的一部分。主焦点形式的大口径大视场光电探测系统的系统遮拦小,能量利用率高,系统结构形式简单,相对易于建造。但是,目前世界上的空间探测系统主要由美国、俄罗斯和日本研制,我国在该领域还有多项关键技术需要攻克,其中最主要的就是米级校正透镜和大靶面拼接探测器。以工程项目需求为牵引,本论文对大口径大视场望远镜的主焦点系统进行了深入的研究,分解主焦点系统的指标和关键技术,并采用光机集成分析的方法,对主焦点校正镜组的支撑方案进行了深入的分析和研究,完成校正镜组光机方案的初步设计;对于拼接探测器,从探测器的拼接结构设计和拼接精度检测方法入手,开展拼接精度检测和装调实验,为大口径巡天望远镜的研制提供技术储备,意义重大。本论文的主要研究内容包括以下几个方面:1.光机集成分析方法。光机集成分析是光学系统研制过程中最佳的仿真分析方法,它以泽尼克多项式为媒介,解决了光、机、热多学科之间数据传递难题,对光学表面的面形误差和系统的波前像差实现了量化表述,仿真得到接近望远镜工作时的图像。本论文对光机集成分析基础理论进行了深入研究,掌握了光机集成分析的使用方法,并搭建了完整的光机集成分析仿真环境,具备了开展相关工作的条件。2.主焦点光学方案可行性论证。论文依托的大口径大视场望远镜的校正镜组由7块透镜组成,最大直径为1.4m,目前国内尚无相关研究,无法准确判断和评估光学设计方案的可行性。论文使用光机集成分析方法,定量分析了米级校正透镜在不同工况时光学表面的曲率半径变化、刚体位移和面形变化,并将有限元分析结果以泽尼克多项式形式传递给光学设计软件,对校正透镜变形引起的光学系统的成像质量变化进行定量分析,为主焦点式大口径大视场望远镜光学设计方案的可行性提供了理论依据。3.校正镜组支撑结构设计和集成分析。在校正镜光机集成分析的基础上,设计了径向离散点柔性支撑结构,重点分析了不同重力方向时光学表面误差、光学系统波前和成像质量,分析结果显示在光轴竖直指向天顶时校正镜组引起的光学系统波前变化最大,主光线RMS由0.027λ变化至0.152λ,严重影响了光学系统成像质量。基于此本文提出了使用重载高精度六自由度平台校正光学表面像差引起的波前误差的方法,建立了主焦点式大口径大视场望远镜像差校正理论和校正策略。4.开展了拼接探测器设计和平面度检测实验。基于现有大口径大视场望远镜的成像需求,提出了基于国产高灵敏高分辨s CMOS晶圆进行Si C可拼接封装的方案,设计了可工程应用的拼接结构和装调流程。搭建了基于多光谱同轴激光测量原理的平面度检测平台,测量精度优于1μm,并使用2×6块模拟探测器进行了测量实验和数据分析,验证了拼接探测器设计方案的可行性。