国内外空间光学系统总的发展趋势是向着长焦距、大视场、轻重量、小外形尺寸、大相对孔径、高成像质量方向发展，这使得人们对反射系统设计的兴趣日益增加。共轴两反射镜和多反射镜系统已成功地应用于空间遥感领域，获得了高分辨率的遥感图像。但是同轴的光学系统发展是有一定限制的，这主要是因为：同轴反射系统可用的视场受到限制，观测的画幅太小；再者，同轴系统由于有中心遮拦，使得系统的MTF受到限制。 离轴式光学系统对扩大系统的视场、提高系统分辨率、杂光抑制等方面具有共轴光学系统无法比拟的优势，因而越来越引起光学设计者的注意。系统地研究离轴光学系统的像差理论，并以理论来增进对设计的洞察力和理解，是当前光学设计领域的前沿课题。本论文通过对非球面离轴反射式光学成像系统设计的模型及其理论参数的研究分析，比较了现有的几种典型的非球面离轴反射式光学成像系统的性能配比，及其使用条件的优劣。针对凝视式相机大视场，大口径，长焦距等的特点，选择了适合该课题的结构和像质评价方法，对离轴反射系统的像差理论、系统形式、设计准则和设计方法等方面作了深入地研究，特别结合某项目，设计了一个焦距f=1000mm、视场角为3°×3°、D／f’=1／8的长焦距、大视场、大相对孔径反射式离轴光学成像系统。该系统在501p／mm中心视场传函达到0.85左右，接近衍射极限，边缘视场传函也达到了0.4左右；全视场弥散斑基本控制在10um左右。该系统克服了传统反射镜系统子午方向视场角小的问题，大大扩大了反射镜系统在空间光学等领域的应用。