在地面测试中,模拟恒星目标对星敏感器进行标定的装置为目标模拟器,随着星敏感器的快速发展,目标模拟器需要大视场、高精度、小型化来应对发展需求。本文致力于小型目标模拟器设计方法的研究,通过LCOS的光学拼接和光机结构设计来提高视场和图像分辨率并减少整机结构体积,使用光机热一体化分析为目标模拟器提供优化和修正办法。本文的工作内容主要集中于以下两个方面:（1）小型目标模拟器的光机结构设计。按照目标模拟器的技术指标和对LCOS的光学拼接,设计了一款视场大于22^o,分辨率为2048×2048的准直光学系统,并大幅度缩小了光学系统的焦距。该系统MTF曲线为0.4516,点列图质量良好,畸变小于0.2%,公差分析满足技术要求。通过对固定件安装方式和光机界面的选择,将各个透镜进行了装调,并设计了整体的机械结构。通过对LCOS的固定组件的优化,提高了LCOS的安装精度。（2）小型目标模拟器的光机热一体化分析。将设计完成的几何模型导入到Ansys Workbench中进行静力分析和模态分析,其中静力分析偏移量为1.8657e^-5mm,模态分析的最小固有频率为2636.8Hz,表明机械结构的强度和刚度符合技术指标;然后对目标模拟器进行热分析,获得实际工况温度下的热响应和各节点的变形情况,使用Zernike多项式方法对透镜经过热分析前后的坐标数据进行求解并导入光学软件中进行光学性能分析。通过仿真软件的分析与优化以及实验验证,结果表明:小型目标模拟器整体质量降低为0.68 Kg,实际焦距大幅度缩短为41mm;实际工作环境仿真中,-10^oC温度时MTF为0.4011,30^oC时MTF为0.4322,并且区间温度点列图能量损失较低,证明光机结构设计合理并具有一定的温度适应性,满足于设计需求。