聚焦型太阳模拟器是模拟太阳光被聚焦后所形成光斑辐照特性的实验平台。现有聚焦型太阳模拟器不能根据实验要求进行光斑聚焦形式变化,且光斑对焦精度低,光斑性能无法实时标定。故需对聚焦型太阳模拟器光机系统进行设计,对光斑位置和辐照度变化等数据进行实时采集与分析,实现聚焦型太阳模拟器光斑聚焦形式变化、光斑的自动对焦和性能标定。本文研究内容主要包括:聚焦型太阳模拟器光机系统设计、光斑自动对焦系统设计、灯单元性能分析和太阳模拟器性能标定。依据辐照度设计指标,选择光源形式和数量,采用非序列光线追迹法对椭球镜进行设计和参数优化,依据光斑聚焦形式可变要求,设计灯单元运动支撑结构,完成光机系统设计。采用机器视觉方法得到光斑位置数据;将太阳模拟器简化为串联机器人,运用D-H法将光斑位置数据转化为灯单元反向运动参数,控制器依据该参数驱动灯单元运动,实现光斑的自动对焦。采用非序列光线追迹法模拟了光源离焦、焦平面离焦和灯单元偏转角度等因素单独或共同作用时对灯单元光斑辐照度分布影响,获得了不同工况下光斑辐照度数据,并对其变化趋势进行分析。采用基于红外热像仪的光斑辐照度间接检测方法,对光斑辐照度数据进行采集,并与模拟结果进行对比,分析了误差存在原因,完成了太阳模拟器性能分析与标定。本文设计了光斑聚焦形式可变的聚焦型太阳模拟器,实现了太阳模拟器光斑的自动对焦,完成了太阳模拟器总体性能的分析与标定。本文的研究为扩展聚焦型太阳模拟器的应用提供了重要参考依据。