仿生复眼光学成像系统作为新型光电探测设备,能够对多个被测目标同时进行定位、跟踪和识别,具有大视场、三维重构、灵敏度高等突出优点。多波段光学系统可以在复杂环境下进行探测,探测丢失信息少、抗干扰能力更强,对于目标探测识别具有较好的互补优势。目前仿生复眼光学成像系统仍存在光谱成像范围较窄、子系统口径较小、空间利用率较低等主要问题,为解决上述问题,本文对多孔径复眼光学成像系统展开研究,同时将多波段光学系统的优势进行融合,提出了基于六边形环带排布的红外双波段多孔径光学系统设计。本文以红外双波段多孔径光学系统结构设计与优化分析为研究主题,从自然界生物复眼结构特点及多孔径系统成像原理出发,深入探讨并研究了子孔径排布方案,结合投影填充因子理论对子孔径不同排布模型空间利用率差异进行对比,完成了基本光学参数的推导和分析,建立了子孔径数学定位模型,推导出双波段消色差理论公式,并对子孔径系统和中继转像系统进行仿真优化设计及阵列排布,同时完成了像质评价环节。鉴于仿生复眼光学系统应用场景复杂,本文首先依据温度环境指标对系统进行无热化处理,并根据热离焦值和MTF曲线图评估了无热化效果。其次对中继转像系统进行冷反射分析,并从冷反射光线反向追迹图和NITD贡献值两方面评价了系统冷反射效应大小。然后对复眼系统的实际能量透过率进行了预估计算。最后进行拼接组合,完成复眼组合系统的像质评价,并通过模拟实际加工装调环节,对组合系统进行了全面的公差分析。仿真分析研究表明,本文提出的红外双波段多孔径复眼光学系统共由91个子孔径组成,合成总视场达到96°×87°。六边形环带排布模型相比传统圆周式排布模型空间利用率提高了11.73%。子孔径系统及中继转像系统在-40℃～+60℃温度范围内无热差影响,冷反射效应可忽略。考虑大气传输和光学系统对成像的影响,红外中波长波波段实际光能透过率分别达到62.82%和63.85%。复眼组合系统中心至边缘所有子通道MTF在17lp/mm处均接近衍射极限,各子通道点列图RMS半径均小于探测器像元尺寸,光学畸变值均小于0.2%。公差分析及综合分析结果表明,本文设计的红外双波段多孔径复眼光学系统易于生产、加工和装调,成像质量良好,结构紧凑、探测能力强,可用于复杂环境中进行多目标的探测识别以及军事侦察等领域,本课题同时也为实现全天候探测的大视场现代光电成像系统设计提供了新思路和新途径。