现代战场在空间和时间维度上不断扩张,致使世界各国对全天候全天时制导武器的需求日益高涨。同时,针对各单一波段的干扰技术亦日趋成熟。在此背景下,双模及多模制导武器逐渐替代了传统的单模制导武器。可见光波段可对目标高分辨率成像,远红外波段（8—12μm）可全天候全天时成像,二者融合的双波段（双模）成像能够实现近程精确制导。成像制导武器追求大视场的目标搜索及小视场的目标跟踪,并可在目标进入打击范围内后自动引爆,通常要求导引成像系统具备变焦与测距功能。此外,作为搭载在运动机构上的光电载荷,导引成像系统应满足小型化、轻量化和低成本的设计要求。综合上述因素,本文设计了一种小型化两档变焦可见光—远红外双模导引成像系统,并研究了相配套的单目测距方法。主要工作如下:1、搭建了小型化双波段两档变焦光学系统的初始结构,完成了系统的机械布局设计。根据小型化要求确定采用两档变焦结构完成设计。根据应用需求,确定了使用的可见光CCD及红外非制冷焦平面探测器,确定了成像系统的主要系统参数。可见光成像模块的长焦视场角为±2.5°、广角视场角为±15°、F数为2.8;远红外模块的长焦视场角为±4°、广角视场角为±15°、F数为2。根据成像系统主要参数与两档变焦理论,计算了双波段成像模块的薄透镜初始结构,并利用CODE V软件进行建模优化,可见光模块长焦与广角状态在100lp/mm分辨率处的调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）均达到0.4以上,远红外模块长焦与广角状态在29lp/mm分辨率处的MTF均达到0.2以上。2、实现了双波段成像模块与整流罩的共形设计。研究了整流罩及偏心引入的动静态像差对成像质量的影响,根据小型化和低成本要求确定了使用特殊面型校正板的共形设计方案。根据Zernike多项式像差理论获取了主要的动静态像差系数,使用四阶Runge-Kutta法编写了解Wassermann-Wolf微分方程的宏,得到了消动静态像差的双波段校正板的面型结构。3、完成了远红外成像模块的无热化设计和双波段成像模块的公差分析。根据小型化和低成本要求确定引入二元面面型实现光学被动式无热化设计。分析了远红外成像模块在-40℃—60℃温度范围内的MTF变化规律,在Zemax中建立了热跟随（Thermal Pickup）的结构模型,使用二元面面型完成了-40℃—60℃的无热化成像。分析了双波段成像模块对飞行海拔范围内大气压力变化的适应情况。分析了导引成像结构中偶次非球面、Zernike面及二元面的公差制定方法,确定了双波段成像模块的公差项和公差量,并在Zemax中完成了蒙特卡罗公差分析,证明了小型化系统整体的可加工性良好。4、研究并仿真实验验证了应用于可见光波段两档变焦成像模块的单目测距方法。利用生成的分段三次插值模型转换像方质心像高和物方入射角度,通过解物点与两变焦档位物方主点间连线所成的三角形,获取目标物距离。完成了导引成像系统测距程序的编写,比较分析了实际物距与程序输出物距的关系,3m至100m范围内程序输出物距与实际物距间偏离随实际物距减小而下降,测距精度满足接近引爆的需求。分析了变焦时间对单目测距方法的影响。