对现代宽视场望远系统，目标发出的光源在大气传播中受到立体湍流扰动的影响，导致成像像质严重下降。当扩展目标的延伸范围超出等晕假设区域时，观察数据是非等晕成像图像，即系统点扩散函数随空间位置变化。　　本论文首先研究了立体湍流引起的非等晕成像过程的机理，对大气-望远系统非等晕成像进行计算机数值模拟，生成不同大气状况和成像系统参数条件下随空间位置变化PSF的大气湍流退化短曝光图像，然后展开了对空间变化PSF退化图像目标高分辨率成像复原方法的研究，利用非等晕模拟图像数据对复原算法进行有效性检验。　　根据大气湍流分层模型，提出了一种基于Zernike多项式的多层相位屏非等晕成像数值模拟系统，该模拟系统只需采用少数几层分布在目标与系统孔径之间光路上的相位屏，准确地模拟出整层湍流大气带来的非等晕效应；将生成的随空间位置变化波前相位模拟数据的统计分析结果与大气非等晕性理论分析相比较，数值分析结果与理论分析的一致性，验证了该数值模拟方法是有效的。　　通过对多个点目标空间变化PSF大气湍流退化模拟图像的分块复原处理证实了分块复原法比只用单个PSF估计的整帧复原方法能够复原出更多的目标信息。研究了分块复原法中块效应造成的边缘振铃波纹与子块图盲反卷积复原不收敛问题，采用子块图边缘像素重叠的分块方式减少拼接图像子块间的灰度不连续性。研究了多帧盲反卷积复原对空间变化PSF退化图像的适用性，不同帧数退化图像的复原结果表明，所采用的退化图像帧数越多，盲反卷积复原过程的收敛性越好，复原效果也越好。　　最后提出了一种基于信息补偿的子块图预处理方法，增强子块图盲反卷积复原的收敛性，通过实验室模拟图像复原实验，验证了该预处理方法比不带预处理的分块复原有更好的复原效果。