光学系统的分辨能力与其口径成正比,而系统口径受到体积、质量及加工成本的限制。合成孔径系统是采用了多个子孔径来获得相当于大口径系统的分辨能力的光学系统,其相对单口径光学系统有质量更轻,加工成本更低等优点。此外,对于空间光学系统,大孔径光学系统的发射成本很高,而使用质量轻且可折叠的合成孔径系统可以有效降低发射成本,因此合成孔径系统在空间成像应用中有广阔的前景。本文调研了国内外合成孔径光学系统的发展现状,研究了迈克尔逊式和菲索式两种合成孔径光学系统的成像原理,论述了这两种合成孔径系统在频域覆盖、保证子孔径间共相、恢复目标像等方面的关键技术,并分析了两者的区别和适合的应用领域。针对对地观测系统的特点,设计了一个推扫成像的菲索式红外合成孔径光学系统。该系统工作波段为8~10μm,通过两个子孔径合成将系统在沿轨方向的分辨能力,在穿轨方向则通过亚像元算法提升成像质量。本系统是基于卡塞格林结构的折反射式光学系统,该系统采用双孔径结构提升了系统的成像质量,通过软件仿真分析了系统的加工和装配容差,并给出了检测装调方案。在红外光学系统中,零件自身的热辐射到达探测器会降低的信噪比,为需要降低工作温度来对其进行抑制,通过软件分析不同温度下系统中各光机部件自身热辐射到达像面的辐照度,得到为保证系统信噪比需要达到的仪器工作温度。计算了在低温下透射材料折射率的改变、各光学零件的面型变化以及元件间间隔的变化,并仿真了变化后系统的成像质量。设计结果及分析表明,该系统光路结构合理,性能满足设计要求,双子孔径结构和亚像元等方法的结合有助于在保证系统分辨能力的同时降低系统的重量和加工难度。通过本课题研究,对提高推扫成像系统的空间分辨率的技术途径进行了有益的探索。