星敏感器是用于航天器姿态测量的高精密仪器,它具有测量精度高,自主导航定位准等优点,因此广泛应用于卫星、飞船等需高精度定位和导航的系统。光学系统是星敏感器的核心组成部分,其成像质量决定了它勘测恒星的能力、提取恒星像点的精度,并影响到系统后续的处理速度和定位精度,因此开展星敏感器光学系统的研究与设计具有实际的意义。目前星敏感器光学系统的设计需求是在宽波段的同时有更高的分辨率、更大的视场和更小的体积等。而仿生复眼系统具有视场大、结构紧凑、分辨率高等特点,正好满足星敏感器光学系统的需求。本文针对采用曲面仿生复眼光学形式的星敏感器开展研究。主要的研究工作如下:（1）分析了现有星敏感器光学系统的结构形式,获知其光学系统在小体积、大视场、高分辨等方面的迫切需求后,提出采用曲面仿生复眼形式作为其光学结构。（2）研究了曲面仿生复眼系统的成像原理,推导出相关参数间的制约关系。针对曲面仿生复眼系统所成曲面像无法直接和平面图像探测器匹配的问题,结合现有几种曲面仿生复眼系统的成像方案,分析利弊后选用加入大视场光中继系统的像面变换方案。（3）针对光中继系统设计难度较大的问题,提出了一种平像面拼接结构,建立了子眼数量、系统总视场以及光程差三者之间数学模型,对平像面拼接造成的光程差进行了分析。同时在分析光中继系统的景深与复眼平像面拼接造成的光程差之间的关系的基础上,还建立子眼数量、系统总视场角以及光中继系统参数三者之间的平衡模型,以此指导光中继系统的设计以降低其设计难度并节约经济成本。（4）根据平像面拼接方法的相关数学模型,平衡优化设计视场角为96°一维视场方向11个子眼的复眼星敏感器光学系统,利用光学软件对曲面复眼阵列及光中继两部分系统分别设计并组合。对组合后整体系统进行像差分析及公差分析,提出像差校正办法和分配公差,最终使其像质满足要求。最终所设计的复眼星敏感器光学系统在平像面拼接方式下产生的光程差在光学中继系统可接受景深范围内,有效地降低光中继系统设计压力。光学系统设计结果在100lp/mm处,各视场处的MTF均高于0.35,各视场下的点列图均方根半径都较小且集中,系统像质优良。