夏克—哈特曼波前传感器作为一种精密的波前测量器件，已经在自适应光学领域里得到了广泛应用，近些年夏克—哈特曼波前传感器的应用范围已经扩展到眼科科学、镜面测量、图像重构等领域。夏克—哈特曼波前传感器的探测精度无论是对于自适应光学系统波前校正能力还是光学检测等领域都有着至关重要的作用。随着科学技术的发展和实际测量对象的需求，高精度的夏克—哈特曼波前传感器是当前自适应光学等领域得以继续发展和开拓的一个很重要的研究课题。本文在夏克—哈特曼波前传感器已有的理论和工程经验的基础上，以如何得到高精度夏克—哈特曼波前传感器为核心研究内容。围绕本课题的核心研究内容，对夏克—哈特曼波前传感器确定光斑位置最常用的质心算法的性能、夏克—哈特曼波前传感器空间采样率的确定、夏克—哈特曼波前传感器绝对精度的标校以及其系统参数的确定等方面进行了研究。　　 质心算法是确定夏克—哈特曼波前传感器子孔径光斑位置最常用的办法，它的准确性直接影响着整个系统的精度。本文对质心算法的性能进行了研究。首次推导了在光子受限条件下采用质心算法对点源目标位置进行估计时目标位置起伏的方差，并首次从经典估计理论出发，通过比较它和相同条件下点源目标位置估计方差的克拉美—劳下界的关系，对质心算法的准确性进行了研究。结果表明：质心算法的准确性和信号光光斑的高斯宽度，探测窗口的大小以及信背比等因素有关。随着信背比的增强，质心算法的性能变好；随着探测窗口的增大，质心算法的估计方差变大，对于相同的信背比，探测窗口变大质心算法的估计效率降低；另外，信号光光斑的尺寸要适中，太大或太小都会使质心算法不再适用于点源目标位置的估计。　　 本文提出了利用夏克—哈特曼波前传感器测量未知波前时，如何确定其子孔径数目的一种新方法。将被测波前相位用傅立叶级数展开表示，然后对展开表达式的复振幅进行贝赛尔展开，并进行傅立叶变换计算出其远场光斑分布。推导了入射波面的光斑远场和其空间频谱的关系，并根据二者的关系提出确定未知波前空间频带上限的方法：首先将待测量波前聚焦，然后测量其焦斑范围并估算出波前空间频率上限。在波前空间频率上限确定的情况下根据采样定理确定出夏克—哈特曼传感器的子孔径数目，并仿真验证了该方法的可行性。此外，本文还首次提出了用倾斜以及球面波标校夏克—哈特曼波前传感器绝对测量精度的方法，使得夏克—哈特曼波前传感器的测量精度标校不再依赖于干涉仪的测量结果，另外为了提高夏克—哈特曼波前传感器的探测精度，本文根据球面波的特点提出一种确定夏克—哈特曼波前传感器部分参数真实值的方法，并在此基础上提出了针对球面波时，在特定测量精度的要求下夏克—哈特曼波前传感器各参数之间满足的关系式，并通过实验验证了该关系式的可行性。实验结果表明：在待测球面波曲率半径为1190mm时夏克一哈特曼波前传感器的测量精度优于λ/500。　　 总的来说，本论文在夏克—哈特曼波前传感器测量精度上做了大量开拓性创新性工作，为高精度波前传感器的发展做出了卓有成效的理论上、工程上的研究工作，为高精度夏克—哈特曼波前传感器的设计、开发积累了一定程度的理论知识和工程经验。