为了选择合适的低温红外目标模拟光学系统, 针对国内现有离轴三反射光学系统多存有弧矢视场较大, 子午视场很小的问题, 本文基于光学系统对称性法则, 设计了子午和弧矢都为5°, 波长为3~5 μm的矩形双向大视场离轴三反系统, 其焦距为400 mm, F#为8。利用光学系统结构参数和反射镜的非球面系数, 调整三镜的偏心及倾斜来消除畸变及其它像差, 系统光学传递函数在6.5 lp/mm时优于0.71, 全视场均方根波像差达到λ/250, 均方根最大弥散斑半径不超过7.0 μm, 达到衍射极限。另外, 系统在各个谱段全视场范围内的最大畸变量小于0.04%。设计的系统可用于红外及可见波段,成像质量均良好。

考虑空间环境中温度是光学系统成像质量的主要影响源，针对离轴三反射光学系统提出了一套由有限元分析到光学分析的热光学分析方法。在有效分析均匀温度场对系统影响的基础上，采用有限元分析得到温差影响下的镜面面形畸变，并用Zernike多项式拟合畸变面形；将Zernike系数代入光学设计软件CODE V，理论分析了温差影响下的光学系统成像质量，提出了光学系统温控指标。以温控指标为依据对光学系统采用主动热控进行热光学试验，所得试验结果均达到56 lp/mm下光学系统全视场MTF值>0.2的光学参数要求，实验结果证明了理论分析的准确性和温控指标的合理性。

从共轴三反射系统的基本理论出发，通过偏瞳和偏视场相结合的方式设计了一个圆视场离轴三反射光学系统，全视场为5°，焦距f=5000 mm。从像质评价结果可以看出，系统成像质量接近衍射极限，满足指标要求。在设计中考虑到了实际工程应用中的部分问题，可以为长焦距大视场航天相机系统设计提供参考。

在同轴三反射光学系统基础上,采用视场离轴方式,设计了一个在地球同步轨道上对地观测的空间离轴三反射光学系统.该系统同时具有大线视场和大相对口径的特点,设计结果表明,成像质量达到了衍射极限.