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基于离焦光栅的波前传感器具有全光学测量、光路简单、使用方便和受机械振动影响小等优点, 在波前传感领域有着巨大的应用潜力。然而传统基于离焦光栅的波前复原算法仅适用于点目标的场合, 对扩展目标的波前无能为力。为了扩展该技术的应用领域, 提出一种基于离焦光栅的最小二乘波前复原算法, 该算法不仅适用于点目标的波前复原, 而且适用于扩展目标的波前复原与目标像的重建。给出了波前复原过程的数值仿真, 在理想情况下, 复原结果的均方根误差为0.18%。另外分析了影响复原精度的主要因素, 并与传统算法进行对比分析。结果表明, 新算法能够准确地对点目标和扩展目标进行波前复原。