合成孔径技术是利用多个小孔径实现高分辨成像的有效途径。随着前沿空间科学研究对观测分辨率需求的日益提高,光学合成孔径技术也被应用到系外行星的观测、黑洞的观测等深空探测领域。深空探测由于空间尺度大、被测目标暗弱,需要更高的分辨率和对比度。比如为区分距太阳系60光年外1AU(日地距离)的目标天体,需要角分辨率达到0.01角秒的光学望远镜,当采用中红外波段时望远镜等效口径需达到200米。而受加工能力及火箭运载能力的制约,组阵子孔径的尺寸及数量有限,传统构型方法难以实现如此大的等效口径,需要采用扫描式合成孔径成像技术,其扫描方式和扫描次数的确定是关键问题。扫描次数过少会导致中高频部分的频域信息损失,造成图像严重退化不可复原。扫描次数过多会导致系统复杂度增大,造成子孔径协同控制精度降低。针对光学合成孔径在深空探测应用中,面临着等效口径大而子孔径尺寸及数量受限的问题,为在获得高质量图像的同时降低扫描次数,本文深入研究了光学合成孔径构型选取及优化问题。主要研究内容如下:1.光学合成孔径成像基本理论介绍。建立扫描式合成孔径成像模型,对光学传递函数、点扩散函数和调制传递函数之间的关系,以及一些重要的特征指标和成像性能评价指标进行详细介绍。2.提出基于旋转和增长基线的扫描式合成孔径成像技术达到口径需求。将初始阵列以一定步长进行旋转和增长基线扫描,在每个扫描点处停留一段时间进行观测,直到所有扫描点组成的构型在光瞳面内实现200米口径全覆盖,整合所有观测信息进行图像复原。3.将中心对称的扫描点位置排布应用到扫描式构型中,提出基于中高频分界圆搜索的构型优化方法,解决了传统构型的高频信息损失严重问题,可在降低扫描次数的同时获得高系统性能。4.采用相关系数和峰值信噪比对滤波参数进行优化,改进维纳滤波算法。增强了算法的抗噪能力,实现低运算复杂度下的高质量图像复原。5.将理想与估计点扩散函数进行加权,改进直接盲解卷积算法。实现系统传递函数的修正,同时对噪声干扰具有高鲁棒性。实验结果表明,经过优化,采用4米口径的Golay3型初始阵列进行观测的扫描次数从131下降到81,图像质量大幅提升。说明所提构型优化方法效果明显,改进算法提升效果明显,满足系外行星探测需求。