偏振成像仪可以识别常规手段难以探测的目标，降低杂乱背景的影响,在复杂的辐射环境中检测出有用的信息，增强目标探测与识别能力。本文研究，设计和研制出用于目标探测和识别的分孔径同时偏振成像系统，该系统可望用作侦查飞机、卫星、导引头等载荷。本文开展了如下工作：第一章阐明本文的研究课题、研究意义等，介绍了偏振成像光学系统的应用领域和国内外研究近况，概述本文研究内容。第二章介绍光的偏振特性及其定量描述方法，给出偏振成像系统模型和成像原理，比较分析现有偏振成像方法。根据实际应用需求，提出了无中继的分孔径同时偏振成像系统，该系统由共孔径镜头组和四个偏心分孔径子系统组成，具有结构紧凑、完全Stokes矢量同时成像等特点。第三章提出用光学传递矩阵（OTM），评价偏振成像光学系统成像质量和分析其偏振测量误差的方法，推导和举例分析了OTM、偏振测量误差与系统参数间关系。OTM不仅可以表示每个偏振通道的成像质量，还可以描述不同偏振通道之间的串扰。第四章根据信噪比等要求和近轴成像理论，确定光学系统的视场角、工作波段焦距和孔径等基本参数。给出二组、三组两种分孔径偏心成像系统的结构形式和近轴成像特性。运用赛德耳初级像差和空间光线传递公式，导出并分析此类偏心分孔径光学系统的初级像差公式、PW表达式与像差特性。第五章基于导出的PW关系式，给出其初始结构参数的计算方法和结果。给出两种分孔径偏心成像光学系统的优化设计结果和成像质量评价，表明设计得到的成像系统成像质量好、满足性能指标要求。给出光学系统的公差优化分配结果，基于误差传递公式和导出的偏振测量误差公式，分析和给出系统偏振测量允差与偏振元件制造、装调误差之间的关系。第六章报导分孔径偏振成像镜头的研制及结果。介绍了镜头光机结构设计、装调方法与结果，测量了其焦距和光学传递函数等基本性能参数。基于偏振成像镜头，构建了同时、完全Stokes偏振成像样机，利用非偏振光、线偏振光、椭圆偏振光目标和自然景物目标，试验其偏振成像性能。通过图像处理，获取了目标完全Stokes矢量图、偏振度图及偏振角度图，取得了与理论预期相符的成像试验结果。第七章总结全文工作，概括创新点及不足，提出下一步工作建议。