近年来,雾霾污染日益严重,探测雾霾最主要的成分——气溶胶粒子的需求越来越高。多光谱、多角度及偏振的方式是最常见的气溶胶探测手段。多光谱与多角度的方式是通过增加探测谱段及探测角度获取更多信息,倘若再加入气溶胶在不同环境不同状态下独特的偏振信息,将会极大增加气溶胶反演的信息量及反演精度。本论文主要目的是设计一款搭载于标准3U立方星的多光谱多角度偏振气溶胶探测空间相机。首先,通过对国内外气溶胶探测的多种仪器进行调研,并结合探测西安市区雾霾污染的实际情况,确定了成像系统所需的视场角、焦距、分辨率、尺寸限制、观测谱段等关键参数。接着,对成像系统的结构进行选型,确定了采用透射式的反远距望远镜系统进行设计,同时,为保证后续偏振态的检测,出射光需要分为三路且主光线垂直于偏振片射出,考虑采用三块棱镜组合的方式进行分光且成像系统必须为像方远心光路。然后,通过理论计算确定了成像系统的初始结构,再通过添加透镜并使用CODEV光学设计软件对系统进行优化并完成系统的像方远心化;接着引入双胶合透镜对几种基本像差进行了校正,得到了成像质量优良的光学系统。随后安排了分光系统的放置方式,并计算得出三块分光棱镜的顶角与尺寸,在CODEV软件中进行添加,完成了整个成像系统的光学设计。最后,使用CODEV、TracePro软件对光学系统进行优化,并经过了像质分析、温度适应性分析、公差分析、鬼像分析及杂散光分析,结果表明,本次设计成像质量优良,满足系统性能需求及加工要求。本论文所设计的多光谱多角度偏振成像系统与目前国内外的仪器最大的不同,就是避免了滤光起偏轮运动部件和光楔补偿机构的使用,结构复杂度大大降低,有利于加快研制发射周期,且装配精度要求不高,尺寸、功耗等资源占用很小,利于纳卫星搭载。