为实现低碳生活和可持续发展需要，在建筑照明中，越来越多的采用集绿色、节能、环保于一体的自然光采光和LED光源组合照明系统。本论文采用非成像理论对自然光与LED光源组合照明系统开展研究，设计了三种混合照明系统，并对其聚光和照明效果进行仿真分析，具体研究内容如下：（1）对平板导光板型聚光器展开研究，建立了聚光器的理论模型，利用正交试验法进行优化设计，Trace-pro软件仿真分析其聚光效率、入射光偏角影响及加工误差影响，设计了安装结构及聚光器与导光光纤之间的连接元件，并仿真分析了经光纤传导及配光后的照明效果。（2）根据多曲面同步（SMS）设计法建立了折射-反射-全反射（RXI）型聚光器的数学模型、通过数值求解及3D软件设计实体建模，并仿真分析了聚光器的效率、入射光偏角影响及经光纤传导和配光后的照明效果。（3）考虑到低成本和加工方便，设计了一种棱镜组型聚光器，仿真分析了该聚光器的效率、入射光偏角影响、其拼接结构效率及经过配光后的照明效果。（4）针对10m~2的阳光房及20m~2的办公室环境，利用三种系统分别进行了自然光照明方案、LED辅助照明方案及组合照明方案的设计，利用DIAlux软件分别模拟分析室内照明效果，可满足国家《建筑照明设计标准》照度要求。