大气层是地球生物赖以生存的保证,随着人类活动空间的延伸,以及出于对国家安全的考虑,人类已开始部署天基系统对整个大气层进行测量分析,目的是通过对大气背景信息的研究,为进行在背景信息中识别目标计划以及系统设计积累经验。本文对大气背景测量多通道光学系统及其测量能力进行了研究,主要包括以下内容:首先,分析了国内外大气背景测量光学系统的性能及特点,并对大气背景特征以及大气传输特性进行了简要分析。接着,以美国用于大气背景测量的MSTI-3多通道光学系统为研究对象进行了深入分析。主要包括:(1)论证了光学系统特性参数;(2)分析了光学系统各个通道特点及主要作用;(3)利用ZEMAX软件模拟了各个通道光学系统,并对成像质量进行了评价;(4)对中波红外通道和短波红外通道热焦点飘移进行了计算,并对该系统采用的热补偿措施进行了详细分析;(5)结合探测器性能,对多通道光学系统各个通道进行了信噪比计算以全面评价系统总体测量能力;(6)利用杂散辐射分析软件Tracepro建立了光机模型并对光学系统进行了杂散辐射分析。主要分析了锥状挡光板和视场光栏对视场外光线的抑制作用,以及中波4.21~4.43μm波段机械结构内壁自身辐射对测量能力的影响,验证了红外通道采用新型冷光栏和分段制冷的好处。论文最后根据复消色差理论,对MSTI-3可见近红外通道进行了改进设计,改进后该通道MTF接近衍射限,成像质量更好;又根据信噪比要求,重新给出了光学系统指标参数,并进行了多通道光学系统设计和公差分配。