随着航天技术的快速发展,太空中的航天器、空间碎片等空间目标的数量呈指数增长,这极大地增加了空间目标之间的碰撞概率。因此,对广域内的空间目标进行精密测量,以规避空间目标之间的碰撞,是如今亟待解决的问题之一。然而,传统的空间相机难以满足高精度大视场的测量需求,利用超广角低精度空间相机和小视场高精度测量相机相互组合的工作方式,能够较好的解决这一难题。因此,本文主要对小视场高精度测量相机的测量精度和超广角低精度测角光学系统设计中的关键技术进行研究。本论文主要的研究内容如下:(1)降低光学系统的公差灵敏度和提高测角光学系统焦距的热稳定性研究。首先,为了降低光学遥感相机的加工和装调难度,本文对光学系统的公差灵敏度进行了研究,提出通过控制光学系统中各光学元件表面曲率(取绝对值)大小的方法,来合理分配各光学元件的光焦度,实现光学系统小像差互补,从而降低各加工装调公差的灵敏度。然后,为了降低温度对光学系统测角精度的影响,本文对测角光学系统焦距的热稳定性进行了研究,提出通过利用不同材料的正负透镜和机械结构材料相互匹配的方法,来提高光学系统焦距的热稳定性。最后,本文利用以上提出的两种方法进行了光学系统设计,设计实例和分析结果表明,本文提出的设计方法所达到的效果非常显著。(2)利用二维达曼光栅高效标定测角光学遥感相机的方法研究。首先,本文对二维达曼光栅的设计原理和衍射特性进行了分析,并结合待标定相机的参数,设计和加工出了衍射光束为23×23的二维达曼光栅。然后,利用加工的二维达曼光栅搭建了测角光学遥感相机的高效标定光路,并对实验数据进行采集和处理,分析结果表明,测角光学遥感相机标定后的单星测角精度优于6"。最后,为了验证标定后相机测角精度的准确性,对测角光学遥感相机进行了外场观星实验,外场观星表明,标定后相机的测角精度优于4"的概率大于90%(多星的联合解算精度),从而验证了本文提出的高效标定方法的可行性。(3)超广角和小盲区全景环带测角光学系统的设计方法研究。首先,对传统的折反式全景环带系统的成像原理进行了理论分析,基于传统的折反式全景环带系统的成像原理,提出利用反射式全景环带头部单元代替传统的折反式全景环带头部单元的方法,来减小光学系统的中心盲区。然后,对反射式全景环带头部单元的初始结构计算方法进行了数学建模,并提出利用光阑慧差来提高光学系统全视场的相对照度。最后,利用本文提出的设计方法,设计了一款焦距为-2.0mm,F数为4,视场角为(22°～120°)×360°的超广角全景环带系统。设计结果表明:该光学系统的盲区率小于3.67%,畸变小于4%,且具有相对照度好、成像质量高和结构紧凑的优点。从而验证了本文提出的设计方法的有效性。