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波前传感技术作为一门光学度量手段，以光波作为探测媒介，集中体现了光电探测的高帧频、高精度等特征，其应用领域涵盖光学检测、成像、自适应光学，并且仍在不断拓展。波前传感技术的核心是通过光束调制将波前相位信息映射于强度信号中，并利用特定算法分析光强信号，进而重建光波波前空间分布。在问世的多种波前传感技术中，夏克-哈特曼波前传感技术由于能够同时测量两个方向的波前斜率，光能利用率高，并且结构简洁、无运动部件，一经提出便受到广泛关注。经过一个多世纪的发展，夏克-哈特曼波前传感技术已在各种波前探测应用场景获得成功应用，尤其是实时波前探测领域。然而，在高精度波前探测领域，夏克-哈特曼波前传感技术难以与剪切干涉技术媲美。根本原因在于夏克-哈特曼波前传感器测量机制，是将子孔径内波前近似看作只含倾斜像差，只提取光斑图像中的光斑质心偏移信息，忽略了对强度分布信息的有效利用，从而限制了传感器的空间分辨率。事实上，光斑强度分布信息蕴含着波前相位的空间细节变化。本文针对夏克-哈特曼波前传感技术，以利用光斑强度分布信息突破传统复原算法对传感器空间分辨限制为研究目标，开展了一系列理论研究工作，在分析了子孔径内波前细节分布信息对传感器空间分辨率提升作用的基础上，提出一种夏克-哈特曼波前传感器超分辨复原算法理论模型。论文的主要研究内容有: 首先，简要介绍了夏克-哈特曼波前传感技术经典波前复原算法，即区域法和模式法，论述了经典复原算法对夏克-哈特曼波前传感器空间分辨率的限制，分析了夏克-哈特曼波前传感器空间分辨率突破策略。以模式法为载体，通过数值仿真，研究了子孔径中波前二次曲率信息对复原算法空间分辨率的影响，最后分析了夏克-哈特曼波前传感器空间分辨率突破的可行性。 其次，研究了基于光斑阵列强度分布信息提取的夏克-哈特曼波前传感器超分辨复原算法。根据超分辨复原算法的目标，首先介绍了另一类波前传感技术-GS相位反演法的技术特征和发展现状。接着，论述了夏克-哈特曼波前传感技术与相位反演技术融合策略，从而构建了夏克-哈特曼波前传感器超分辨复原算法理论模型，同时克服了两类波前传感技术面临的技术困境。细致研究了在不同空间分辨率的子孔径分割条件下超分辨波前复原算法的性能，进而分析了该理论模型的技术特征与优势。此外，针对理论模型中存在的局部相位台阶和相位缠绕问题给出了相应的解决方案，优化了超分辨复原算法模型，最后讨论了超分辨复原算法的物理本质。 最后，着眼于超分辨复原算法的实际集成，系统地分析了相位初值选取、光电探测器灰度位深和噪声对超分辨复原算法的影响。此外，梳理、分析了其他一系列影响算法实际波前复原性能的因素，最终为夏克-哈特曼波前传感器超分辨复原算法的试验验证和系统实现给出了理论指导。