随着对地观测领域的需求,发展高分辨率空间望远镜已成为了必然的趋势,然而对望远镜系统分辨率的高要求必然导致光学系统口径的进一步增大。论文主要针对未来甚高分辨率大口径红外对地观测系统的需求,提出了一种可在发射时折叠,在轨展开的扇形子模块拼接的主镜拼接方案,提出利用星点在轨进行拼接检测,利用自准直方法进行拼接面型实时监测的方案。建立了地面实验验证系统,进行了初步的实验验证。论文的工作对合成孔径技术在未来高分辨率对地观测系统中的应用有重要参考价值。论文的主要研究内容如下:首先,根据未来甚高分辨率对地观测系统的空间分辨率需求,进行了光学口径的分析。对于常规数百公里轨道高度的对地观测系统,数米量级口径大小的光学系统足以满足从可见光到长波红外对地观测系统的分辨率要求;针对口径适中的对地观测系统,论文对比了不同现有的子镜拼接结构,提出了一种基于多块扇形子镜围绕一中心固定镜拼接折叠的拼接主镜方案,更适用于空间应用;规划了以星点检验和自准直检测为核心的拼接镜在轨运行和调试流程。论文建立了系统出瞳处的波像差和扇形子镜拼接失调各项误差的关系式,分析了不同误差项对系统波像差的敏感度,利用相互独立的各项误差,建立像差控制和调整光学模型,为各分块扇形子孔径的拼接检测和控制提供了理论依据。其次,论文针对各分块扇形子镜拼接,设计了基于传统夏克-哈特曼波前传感技术的共焦检测方案和基于子孔径圆孔夫琅禾费衍射理论的共相检测方案。针对实验平台振动、环境扰动以及未来卫星平台姿态存在微量的漂移导致的夏克-哈特曼光斑质心阵列产生随机抖动的问题,提出采用连续帧频采样叠加滤波处理的方法,有效的提高光斑质心提取的信噪比,提高了共焦检测系统的检测精度。针对分块子镜的特点,设计了共相检测相应的圆孔掩膜板和微棱镜阵列,并通过在光路中引入已知量位相差的相位板进行共相检测模拟实验,验证了共相检测平台的检测精度良好的保持在1/20个波长的范围。最后,针对对地观测合成孔径系统,提出了对地观测模式下利用光学自准直对拼接镜进行实时监测的办法。设计了一种复合角锥棱镜,并以此构建了自准直共焦检测光路用于主镜拼接质量的检测。通过软件仿真和实验,初步的验证了方案的可行性。