随着红外技术的不断进步，越来越多的红外成像系统应用到军事、航天与工业等各个领域中，人们对于其成像质量提出更高要求。对于地基红外成像系统，热环境是影响其成像质量的主要因素。因此，研究实际工作环境下红外成像系统的温度分布规律，据此分析系统成像质量受到的影响，并有针对性地设计散热系统对提高红外成像系统的工作性能将有极大帮助。从红外成像系统的设计与实际工作环境出发，运用光机热集成分析方法，分析得出各环境条件下系统内部的温度分布。在设计条件下，采用实测系统温度的方法验证仿真精度，其结果优于4.5%。在此基础上，对可能影响红外成像系统像质的因素进行研究，包括机械结构的变形对光学元件空间位置的改变；温度梯度分布下镜片面型的变化；温度变化对红外材料特性的改变。最终将上述因素输入光学设计软件中，以评价各环境条件下系统的成像质量。分析后发现，系统的温度均匀变化在改变红外材料特性的同时，使光学元件发生均匀形变，导致系统产生离焦；系统的温度梯度变化使光学元件发生非均匀性形变，导致系统产生像差。系统调焦后离焦现象消失，像差则始终存在。基于红外成像系统的光机热集成分析结果，制定系统散热目标，即优先消除光学系统的温度梯度分布，同时降低系统内部水平温升。在定量化评价几种散热措施对系统温度分布的改善效果后，提出分布式散热系统的概念，计算其性能参数，优化设计制冷单元的分布形式，最终加工装配调试完毕。在设计环境下开启散热系统后，红外成像系统内部最高温度降低16.24℃。进一步仿真发现，各工作环境下，开启散热系统后光学系统部分温度梯度消失，由此引入的系统像差也消失。