光学稀疏孔径成像系统是由多个望远子系统按照一定序列排布拼接而成,通过相干成像的方法,使得系统空间分辨率高于任何一个子孔径。在进行相干成像过程中,由于外界因素、人为装配问题,会产生光束合成误差,影响子系统的相干性,进而对空间分辨率产生重大影响。本文针对光束合成误差,设计了一种光路延迟线结合快速反射镜的相位补偿装置,用来进行相位误差补偿。首先介绍了稀疏孔径成像系统相位补偿的原理和方法,对相位补偿装置的结构特点进行分析,通过论述现有国内外光束相位补偿反射镜的性能和结构特点,分析存在的主要问题。接着分析了稀疏孔径成像系统产生的几种相位误差,以及误差对成像分辨率的影响;对光束相位补偿方法进行研究,给出了相位补偿装置的设计方案,并对各部件的主要参数进行了分析和计算。其次对相位补偿装置柔性支承和镜体结构进行设计,主要从结构设计、结构优化、仿真分析三方面进行考虑。支承设计时建立了支承的力学模型,推导了力学刚度表达式,利用有限元仿真的方法对力学模型进行验证,通过参数优化,设计了满足性能要求的Z字形支承结构,最终通过有限元分析四周支撑式和中心辐射式受力下支承应力分布,选择中心辐射式的支撑方式。镜体设计主要对镜体先进行整体设计,然后对结构进行拓扑优化和尺寸优化,确定了背部去除材料的轻量化结构形式,利用有限元仿真的方法,对镜体在承受力和温度载荷情况下的面型精度进行分析,通过分析面型曲线,镜体面型精度能够满足设计要求。最后对补偿装置整体进行了动态有限元仿真以及误差分析,动态仿真主要从模态、随机振动、冲击振动三个方面对装置整体的变形情况和应力分布情况进行分析,在外界振动条件下,装置系统具有良好的稳定性。紧接着从结构设计误差、回转中心偏移误差、以及负载对支承影响误差这三个方面对误差进行了定量分析和计算,合成后最终得到总的误差,补偿装置在误差影响下满足了指标要求。