水环境遥感监测是获取水污染信息有力的手段,水中悬浮物的光谱响应主要集中在可见至短波红外波段,光谱范围较宽。另外遥感相机视场越宽就能覆盖宽阔的监视区域,对于提高时间分辨率,缩短重访周期,实现高密度观测具有重要的意义。所以为实现叶绿素含量,泥沙含量,浅水地形,污染等800km太阳同步轨道百米量级空间分辨率的水体监测,开展大视场、宽光谱和中高分辨率光学系统技术研究具有重要意义。本文调研了国内外一些典型的对地遥感卫星载荷发展现状,为了同时实现高空间分辨率、宽光谱和大视场覆盖,国内外大部分卫星都是同时搭载CCD相机和红外相机等多个载荷。本文还介绍了折射式、折反射式和全反射式光学系统结构的特点,及其各自合适的应用领域。针对水环境遥感系统的特点,本文设计了一个无中间像离轴三反系统。系统工作波长0.4~1.26μm,口径30mm,焦距120mm。通过视场离轴的方式获得长条形视场30°×4°,实现了同时满足大视场、宽光谱、中高分辨率的应用需求。本文对设计的离轴三反系统进行了加工和装调容差分析。另外离轴三反系统相对折射系统要松散,易受杂散光影响,因此针对本文设计的离轴三反进行了杂散光分析。根据杂散一般分析步骤,进行了遮光罩和相应的消杂光措施设计,获得系统点源透过函数(PST)曲线,根据杂光分析结果和PST曲线表明该系统杂散光抑制能力满足要求。离轴三反系统另一难点是,三个反射镜都是非球面,甚至采用了高次非球面,本文总结了非球面反射镜的常用加工和检验方法,针对本文的系统,设计了三个非球面反射镜的补偿检验方案。针对离轴三反的装调,设计了长条形反射镜支撑方式以及系统加工装调方案,减轻了离轴三反的装调难度。通过本课题的研究,论证了离轴三反同时实现大视场、宽光谱和中高分辨率的可行性。