空间目标光学探测装置分为地基探测系统和天基探测系统。天基空间目标光学探测系统具有不受地球大气影响、时效性强、探测覆盖范围广、机动性强等诸多优点。因此大视场、长弧段、高分辨率观测是天基空间目标光学探测系统的未来发展趋势。同心物镜光学系由于其所有光学表面严格共心,结构对称,整个镜头非对称像差完全自动消除,借助多种玻璃组合,能够在宽视场、大相对孔径、长波段范围内实现高质量的成像需求,同时,同心物镜光学系结构紧凑,易于实现小型化设计,非常适用于天基载荷的资源需求。然而,同心透镜光学系统形成的球形像面无法与平面探测器直接耦合,是限制其应用的技术瓶颈。借助于光纤制造技术的发展,采用光纤面板或光纤锥器件,使得球形像面的平场化成为可能。但是光纤传像元件在图像传递过程中产生损耗以及光纤传像元件自身结构的离散采样特性,其应用势必对空间目标探测光学系统探测信噪比、调制传递函数、光学透过率、像质等特性造成一定影响。本文针对同心透镜光学系统+光纤传像技术对天基广域目标探测光学系统的影响展开研究,研究内容如下:（1）基于同心透镜光学系统+光纤面板+探测器耦合光学系统中光纤传像元件对目标探测系统成像性能研究。文中通过建立六角形排列光纤传像元件-CMOS传感器感光面的二次离散采样物理模型,构建六角形排列光纤传像元件耦合传递函数（Coupled-MTF）的数值模型。仿真分析了光纤数目与Coupled-MTF的收敛关系、Nyquist频率偏移对Coupled-MTF的影响以及初位置偏差对Coupled-MTF的影响;理论分析与实验验证探究了光纤传像元件与同心光学系统、及探测器粘接工艺对能量集中度的影响,最后对所选用的光纤面板透过率进行了实验测试,并对信噪比的影响进行了初步评估。文中的相关研究理论和测试结果及提出的工艺控制要求,对天基广域目标探测光学系统的开发具有工程指导意义。（2）针对空间目标在天基广域目标探测光学系统中的成像特点,文中建立了空间目标探测的详细信噪比模型。分析了空间目标特性、光学镜头透过率、光纤传像元件透过率和探测器量子效率等与信噪比关系。针对弱目标探测信噪比低时存在的准确估计困难的问题,完备地引入了动态成像、光学点斑弥散、光谱响应、杂散光分析、电子学噪声等因素,形成了全链路全变量高精度的数值分析方法,该方法具有较广泛的适应性和较强的工程实用性。（3）图像缺陷重构和探测目标反演。光纤传像元件的斑点、鸡丝、网格和暗影等缺陷都会在最终图像中有所反映,这些图像缺陷的存在会严重影响空间目标的探测与识别概率,本文针对该类问题提出了高斯过程回归重建方法,对恒星图像的缺陷像元进行了重建校正,并将校正结果与传统的双线性插值法进行比较。比较结果显示,本文提出的高斯过程回归重建方法从缺陷像元重建的准确度及缺陷像元的位置适应性等方面均优于传统的双线性插值方法。高斯过程回归重建预测方法对1×1像元、2×2像元与3×3像元的缺陷模型均有良好的重建效果,且重建后的3×3缺陷模型星点样本质心均方根误差优于0.02个像元。本文的研究结果可以有效指导同心透镜+光纤面板+探测器光学系统的工程实施,通过对信噪比和最终图像研究,可以有效评估光纤面板引入造成的系统像质下降情况,从而可有效评价此类光学结构在目标探测应用中的最终性能。