合成孔径光学成像技术是一种提高光学系统空间分辨率的新型成像技术。其利用多个孔径较小的光学系统便可得到与单大孔径系统相当的空间分辨率及成像质量，解决了单大孔径系统所带来的体积重量大、加工检测难和成本高等问题。合成孔径光学成像技术是实现超大孔径光学系统的有效手段和发展方向，其必将极大的促进光学空间遥感技术和天文光学技术的进一步发展。本文对合成孔径光学技术中的孔径优化、像差等理论进行了研究；分析了合成孔径系统的设计方法，具体设计了三种合成孔径光学成像系统；并对合成孔径技术进行了实验室原理验证实验，对填充因子和孔径排布对系统性能的影响进行了验证。论文共七章，具体可分为如下部分：1.从空间域和频率域两个方面对合成孔径光学成像系统提高光学系统空间分辨率的原理进行了分析，建立了合成孔径光学成像系统的成像模型，设计了基于Matlab和ZEMAX的合成孔径成像模拟分析程序。对典型的合成孔径光瞳结构进行了分析，并给出了一种由九个子望远镜组成的新型合成孔径光瞳结构，该结构具有MTF分布均匀，截止频率高等特点。2.分析了合成孔径系统的像差性质，建立了合成孔径系统的像差模型，着重对两子镜系统中两个子镜含有不同性质和不同量值的像差的情况进行了分析。将基于遗传算法的相位差法波前传感技术应用于合成孔径系统的波前误差传感，并对含有三个子镜的系统进行了活塞误差传感模拟。3.对合成孔径成像系统的设计方法进行了分析，给出了多望远镜型合成孔径系统的基本设计流程，并对合成孔径系统中的黄金准则等问题进行了分析。设计了一种折反式多望远镜型合成孔径系统和两种反射式合成孔径系统，对系统中无焦子望远镜、光束合成镜以及系统的集成与优化等进行了详细介绍，并对系统中的部分细节进行了分析，采用点列图、MTF和斯特列尔值等评价函数对系统成像性能进行了评估。4.对合成孔径光学成像技术进行了实验验证。采用有限距离合成孔径系统实验验证装置对填充因子和孔径排布形式对系统的性能影响进行了实验验证，实验结果与理论分析结果相一致，证明了理论分析和计算机仿真的正确性。