软X射线在掠入射角小于1°时才具有相对较高的反射效率,传统的Wolter型软X射线成像望远镜为单一光轴的掠入射成像系统,一般仅具有数十角分的观测视场。基于龙虾眼光学原理的软X射线成像仪与Wolter型软X射线成像望远镜的成像方式不同,它具有类复眼场的球面多光轴微通道成像光学结构,理论上可实现4π空间的高分辨力观测。随着空间技术的发展,宽视场软X射线成像仪具有越来越强烈和迫切的应用需求。同时,超精密微加工技术的进步,极大地促使了基于龙虾眼光学原理的宽视场软X射线成像设备在近十年内正式进入工程应用阶段。本论文的研究工作以中欧联合空间科学任务“太阳风与磁层相互作用全景成像计划(SMILE)”为工程应用背景,开展宽视场软X射线成像仪(SXI)的光学设计仿真和图像质量分析工作,为大尺度探究太阳风与地球磁层耦合机制及其动态过程的演化模式研究提供强有力的观测手段和数据分析方法。得益于在近地空间太阳风粒子与中性大气成分发生电荷交换过程释放软X射线,宽视场软X射线成像仪将应用龙虾眼光学系统在0.2~5keV能量波段监测地球磁层边界及其动态变化过程,包括弓激波,日侧磁层顶、极尖区的位置、形状和运动状态。从理想龙虾眼光学元件的结构出发,介绍了X射线波段的全反射原理及界面反射率的计算,讨论了点光源成像特殊的“十字”像斑特性,推导了物像关系与系统焦距,给出了表征龙虾眼系统成像质量的视场、空间分辨率、有效面积和聚焦效率的计算。针对国际上缺乏可应用于工程的龙虾眼光学系统仿真工具的问题,本论文着重讨论基于龙虾眼原理的光学成像仿真模型的建立和光学成像软件的开发,以及基于仿真结果的图像质量评价分析。建立了具有千万量级微通道结构和球面面型的龙虾眼光学元件数学模型,设计了整个成像过程的光线追迹算法,编写了并行化的程序,开发了可视化龙虾眼光学系统仿真软件,以点光源和面光源的成像演示验证了软件的可靠性。根据SXI的应用场景,从遮光板、滤光片、龙虾眼聚焦元件、CCD探测器以及高能粒子屏蔽门等部分介绍了SXI原理样机的组成结构和工作原理,给出了原理样机的光学成像指标。利用已开发的龙虾眼光学仿真软件,系统分析了龙虾眼元件参数对成像分辨率、有效面积和聚焦效率的影响,结合SXI原理样机的成像指标,当曲率半径为600mm时,龙虾眼元件的通道深宽比优化为30:1。在入射X射线能量为0.5keV时可提供6角分左右的空间分辨率以及17.84cm~2的光学有效面积。此外,结合实际工艺分析了龙虾眼光学元件在安装和制造过程中的几种缺陷类型,建立了缺陷龙虾眼元件模型,设计了相应的成像算法,分析了其与理想龙虾眼元件的成像差异。