在光学系统研制过程中,光学系统波像差是光学系统成像质量最重要特征指标,综合反映光学系统设计、装调和加工的水平。通常采用平行光管和平面镜自准直方法对光学系统进行像质检测。然而,随着光学系统口径的进一步增大,寻求与之相匹配的大口径高精度的标准平面反射镜和平行光管,本身就具有极大的技术挑战和研制成本。在大口径光学系统检测领域,20世纪80年代,美国Kim C.J为了解决口径不断增大的问题首次发表论文,提出子孔径拼接检测思想。子孔径拼接核心是用若干小的子孔径替代大口径标准平面镜,通过对子孔径采样,拟合计算出全口径波像差,主要包含重叠子孔径拼接检测和稀疏子孔径拼接检测两种方式。重叠子孔径结构复杂,需要庞大的精密机械机构,要求重叠区域在15%以上,且区域内点对点精确匹配,测试周期长,效率低,难于适合超大口径光学系统(Φ1.5m以上口径)像质检测要求。稀疏子孔径拼接检测具有效率高、成本低同时易于扩展的优点,为这一检测难度提供了可能途径。本论文的主要任务是进行稀疏子孔径拼接检测技术的理论和关键技术问题研究,探索稀疏子孔径拼接技术。本论文的主要研究内容如下:(1)调研了课题的背景和意义,简要概述了子孔径拼接检测技术及其国内外现状、两种典型的子孔径拼接算法。然后讨论稀疏子孔径拼接检测技术,调研了其发展历史及技术现状,分析了其发展趋势与应用前景。在此基础上讨论了稀疏子孔径拼接检测技术的原理、实验系统组成,并分析了该技术的关键问题以及技术难点。(2)根据稀疏子孔径拼接检测技术的原理,在单位圆内对子孔径数目、大小及排布方式建立数学模型,通过模型求解,对数值结果进行分析,针对1.5m以下光学系统检测,通过大量仿真选取了最优的七个子孔径排布方式。但是,针对超大口径的光学系统,随着系统口径的进一步增大,子孔径的口径也会相应地增大,考虑到子孔径成本因素,稀疏子孔径排列模型还需进一步优化。(3)稀疏子孔径拼接算法是稀疏子孔径拼接检测技术的关键手段,本文着重研究了现有的两种典型拼接算法:基于离散相位拼接算法和基于Zernike多项式拼接算法,分别进行了仿真验证。然后提出了基于稀疏子孔径区域内正交多项式的拼接算法,该算法构造稀疏子孔径区域内正交多项式,分析该多项式与Zernike多项式在采样区域的相关性,验证了其在稀疏子孔径区域内的正交性。最后将稀疏子孔径区域正交多项式作为基底函数,进行子孔径数据拼接处理,通过仿真验证了算法的可行性。(4)搭建的两个验证实验。分别采用4D干涉仪对口径为150mm平面镜以及口径为Φ400mm平行光管进行拼接检测,与全孔径检测波前数据进行对比实验,验证该算法的可行性。并对实验中的误差进行了归类分析。