前言

科学实验、生产建设及军用工程都离不开定向基准，而高精度定向基准通常需要补偿装置来保障。光学系统的运动会使光学像随之运动，进而影响成像性能。随着科学技术的高速发展，对光学系统的性能指标也提出了更高的要求。严格意义上讲，光学仪器或光学系统中的元件都是处于运动状态的，绝对静止的状态是不存在的。环境的变化、姿态的变化，以及系统内部几何、物理参数的微量变化，都可能导致光学系统的性能发生改变。其中，有些改变是我们不希望发生的，而有些改变是有意设计的技术功能。光学系统内部的光学变化是无处不在的，其广泛性涉及光学学科的各个领域。

光学系统不仅要在静态条件下满足成像系统要求，还要在动态条件下保证成像稳定性。所谓动态条件通常指光学系统整体有运动、光学系统的物和像有运动、光学系统中的各光学元件有运动、光学元件本身参量有变化。此外，光学系统还存在隐藏运动。例如在光学调整过程中，会产生光学元件的面形误差、元件材料的物性偏差、光学元件的位置安装误差以及环境因素影响误差。又如在热光学过程中，会产生材料变化以及结构变形导致的光学元件位移等。动态光学系统研究聚焦于物体动态成像，补充完善了光学系统的设计理论，为动态光学系统成像分析提供了理论依据。

为在动态条件下解决系统平台的稳定性问题，过去通常采用隔离振动或伺服补偿的方法。然而，这类方法会导致光学系统过于复杂且体积庞大，不利于精密光学系统轻量化、小型化设计。为此，目前多采用为光学系统内部引入补偿器的方法，这能降低光学系统的复杂度，使其体积大为减小。补偿器中设有基准，通常为重力平衡中心、电子水泡、液面和惯性源等。其中，液体光学表面在重力作用下为水平自然表面，可利用该表面水平基准对光学系统的光轴方向进行补偿，使光学系统将基准定向参量转化到其光轴方向上。但转化环节中的光学参量匹配等操作会产生误差，进而导致精度降低。上述问题与液体光学补偿系统的总体结构形式密切相关，因此要特别关注这类光学系统的布局设计与补偿方式。液体光学补偿方式具有较高的补偿精度，它将光学液体应用到光学系统中，利用光学液体的自然表面实现对光学系统光轴的高精度定向补偿。

目前，动态光学理论在稳像系统、液体光学补偿、光通信系统指向对准和多轴光学系统定向基准中已经得到广泛应用，各行业对高精度光学系统光轴动态补偿技术需求迫切。为此，笔者特编写本书，希望对光学及光学工程领域的研究人员、技术人员和管理人员有所助益。本书能够顺利出版，要感谢吉林省科技厅优秀青年人才基金项目（20180520201JH）和长春理工大学科技创新基金项目的支持。同时，还要感谢笔者所在研究团队和项目组成员在专业内容整理方面的积极协助。由于笔者水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请广大读者指正。