阐述了Golay3望远镜系统入射光瞳的结构与主镜F数的关系，通过入瞳函数推导出子镜具有倾斜误差的系统点扩展函数(PSF)和调制传递函数(MTF)表达形式，利用Matlab软件模拟了子镜倾斜误差对系统PSF和MTF的影响。利用Zemax软件设计了Golay3望远镜系统，通过对系统中子镜引入倾斜误差得到了系统的PSF和MTF并与上述理论模拟结果进行了比较。以标准鉴别率板为物体进行模拟成像，分析了倾斜误差对望远镜成像性能的影响。设计结果表明：理论模拟和实例设计的PSF和MTF对倾斜误差的反应一致且比较敏感；当倾斜误差引起的波面倾斜峰谷值变化达到一个波长时，PSF和MTF的主瓣和旁瓣均发生较明显的变化，变化的方向取决于引入倾斜误差的子镜位置；而当波面倾斜峰谷值变化超过一个波长时，PSF和MTF的变化趋势基本保持不变；成像结果表明随着水平方向上的子镜倾斜误差的增加，鉴别率板竖直方向上可分辨的最大线对数变化明显。

在Golay6结构稀疏孔径光学系统中，通过计算和模拟Golay6结构主镜存在径向平移(piston)误差时的光瞳函数、点扩展函数以及调制传递函数，研究子镜装调产生的piston误差对成像的影响。根据中心点亮度的要求，给出了不同半径、不同填充因子下的最大容许误差，并通过Matlab软件进行成像模拟。结果表明：在给出的最大容许误差范围内，piston误差影响不显著。

研究了共相位望远镜阵列的两种重要光束耦合误差光瞳面平移(piston)误差和光瞳面倾斜(tilt)误差。设piston误差和tilt误差都服从均值为零但标准差待定的正态分布，根据中心点亮度判据，通过迭代方法计算了piston误差和tilt误差所允许的最大标准差，揭示了这两类光束耦合误差所允许的最大标准差与子望远镜个数和遮光比的关系。Piston误差所允许的最大标准差与子望远镜的遮光比无关，但随着子望远镜个数不断增加，在0.11λ~0.08λ范围内缓慢减小。Tilt误差所允许的的最大标准差在子望远镜出瞳大小已知的情况下，随遮光比不断增加而逐渐减小，而与子望远镜个数无明显的相关性。

提出用Golay3稀疏孔径取代望远镜两镜系统中的主镜, 以在保证望远镜角分辨率的同时减少系统的质量和体积。首先利用三级像差理论设计了一套两镜系统, 其中主镜是球面镜, 次镜是双曲面镜。用Golay3稀疏孔径代替主镜, 分析了填充因子与子镜半径的关系。然后, 通过Zemax程序对系统进行模拟, 分析了系统的调制传递函数特性及点列图。最后, 在次镜后加入两块熔石英校正镜, 并优化校正镜表面曲率半径以及成像工作距离以改进视场。通过Zemax程序模拟发现：系统的截止频率随着主镜填充因子的减小而减小, 从F=22.2%的114.5 lp/mm到F=15%的97.7 lp/mm, 再到F=10%的77.8 lp/mm; 另外, 在成像面之前加入校正镜极大地提高了系统的视场, 在0.3°视场下, 加入校正镜之前的最大像斑半径均方根值是加入后的2.5倍左右。

Golay6为非冗余的复杂光瞳结构,导出Golay6结构复杂光瞳的光瞳函数解析式和点扩散函数的解析式,在此基础上用Matlab软件模拟了调制传递函数图像,并对目标图像进行模拟成像。针对所成像对比度下降问题,在不含噪声和含噪声情况下分别进行了讨论,利用分数阶微分算子对模拟所得图像进行图像增强,结果表明经分数阶微分算子空域增强后,图像质量明显提高。