广域高分辨率成像系统可以获得更大的视场范围并识别更多的目标细节,在安防监控、航空侦察、三维目标探测等领域都有广泛的应用。然而在传统单镜头成像系统中视场与分辨率相互制约,要实现大视场高分辨率成像,不仅需要设计结构复杂的大视场镜头,还需研制尺寸更大的探测器,这就增大了相机的设计难度和制造成本。近几年逐渐发展出来的同心多尺度成像技术,结合了同心系统的大视场信息采集能力和微相机的像差校正能力,打破传统透镜系统比例法则的限制,有效的解决了大视场和高分辨率之间的矛盾,是目前实现广域高分辨率成像的有效途径之一。本文对基于同心多尺度原理的广域高分辨率相机光学系统设计方法进行研究,并利用缩比样机对系统的关键指标进行实验验证。主要开展的研究工作如下:首先,推导透镜系统的比例法则,验证了多尺度系统实现大视场高分辨率成像的可行性。研究了同心多尺度设计原理并建立了同心多尺度光学成像系统模型,分析了相邻微相机视场重叠情况和球面上微相机的排布方法,获得了同心多尺度成像系统各参数之间的内在联系,为后续的光学系统设计奠定基础。然后,分别完成同心物镜和次级微相机的光学系统设计和像质评价,并对组合后的光学镜头进行了进一步优化和公差分析、热分析,得到像质优良且易于加工装调的同心多尺度光学系统。利用多重结构完成微相机阵列在球面上的排布,得到由同心物镜和17×15个微相机组成的能实现90??67.5?大视场成像的广域高分辨率相机系统模型。对相机系统在不同位置子通道的成像效果进行分析,发现对应不同视场的相机子通道的像质和畸变差距很小,所有成像子通道在空间频率112lp/mm处的MTF值均大于0.4,子视场的畸变均小于±0.4%,在整个大视场范围内相机系统均有较好的成像质量。最后,利用一款3×3的缩比样机搭建实验平台,对影响相机系统成像效果的几个关键指标进行测试分析。实验结果表明本文设计的光学系统成像质量和畸变满足设计指标要求,相邻探测器的视场重叠区域满足图像拼接需要,验证了本文的广域高分辨率相机光学设计的合理性和正确性。综上所述,本文设计的基于同心多尺度原理的成像系统中各子孔径的成像性能满足构建90??67.5?广域高分辨率相机的要求,为后续的样机研制奠定了基础。