随着光学天文望远镜的口径越来越大，自适应光学系统波前传感器与波前校正器的单元数也越来越多，对波前复原和波前控制技术的要求越来越高。同时，新型自适应光学系统，如变形次镜自适应光学系统的出现及发展，也使得传统的波前复原方法面临了一些新的困难。为此，我们对自适应光学系统的波前复原与波前控制优化技术进行了一系列深入的研究，并取得了一系列的创新成果。第一，基于Hadamard测量方法的平均效应和直接斜率波前复原法响应矩阵为稀疏矩阵的特点，提出了自适应光学系统响应矩阵的多通道Hadamard测量方法。理论分析和实验结果表明，该方法的测量精度高于纯Hadamard方法与纯多通道方法。第二，基于正弦调制测量方法对湍流引入噪声的抑制能力和直接斜率波前复原法响应矩阵为稀疏矩阵的特点，提出了自适应光学系统响应矩阵的多通道正弦调制测量方法。理论分析和实验结果表明，该方法能够有效地抑制大气湍流扰动引入的测量误差，同时大幅度减小响应矩阵测量所需的时间。第三，考虑波前传感器与波前校正器的对准误差，提出了适用于基于哈特曼-夏克波前传感器的自适应光学系统响应矩阵的直接计算方法。实验结果表明，该方法只需测量几个特征驱动器的斜率响应，提高了响应矩阵的测量效率。第四，考虑实际自适应光学系统存在的时间延迟，修正了自适应光学系统闭环残余误差与闭环带宽的关系式，提出了自适应光学控制系统的修正有效带宽。仿真结果表明，根据修正有效带宽可以准确估计自适应光学系统的闭环残余方差。第五，基于所提出的自适应光学系统的修正有效带宽，推导了倾斜校正回路的理论最优闭环带宽。不同大气湍流和测量噪声下的数值模拟结果表明，最优闭环带宽的理论结果与仿真结果一致。最后，基于自适应控制器的自适应特性与积分控制器的稳定性，提出了一种LMS滤波器与积分控制器的联合工作模式：LMSI-2。仿真结果表明，LMSI-2型控制器在有效减小闭环残余误差的同时，还能避免自适应滤波器权值收敛阶段引入的振荡现象。自适应光学系统波前复原及波前控制优化技术对于充分发挥自适应光学系统各组成部分的性能，提高波前校正能力具有重要意义。通过本文的研究，为自适应光学系统响应矩阵的测量提供了优化方法；为波前控制方法的优化设计提供了重要参考。