全反射变焦光学系统的研究在对地观测方面有着重要的应用价值。对地观测技术研究应用的一个重要方向是在军事领域，以军事侦察和大比例尺绘图为目的。军事侦察一般要求探测目标距离大，系统既能对目标作大区域小倍率的概观，又能作小区域大倍率的仔细观察，因此大多希望光学系统具备长焦距、大视场且可以连续变焦的特性。然而长焦距、大视场光学系统的工程设计和实施具有很大的难度，连续变焦更是加大了设计难度。这就使长焦距、大视场连续变焦光学系统成为变焦系统设计的难题，也逐渐成为近几年来国内外众多科研单位竞相研究的课题。全反射变焦系统易于进行长焦距和大口径的设计，且具备在变焦过程中大小视场切换和连续变焦的特点，可以满足对地观测或军事侦察中使用一个系统对目标进行搜索和瞄准的要求。本文正是基于新一代高性能、轻小型对地观测载荷研制的要求展开研究，设计出具有大变倍比、大视场、优良成像质量的反射变焦光学系统。本论文针对反射变焦光学系统展开研究。首先介绍了论文选题的目的和意义，查阅了相关的资料，对国内外几种变焦光学系统的结构型式和实现方式进行了研究，总结了其各自的特点；其次研究了变焦系统的基本理论和全反射变焦系统设计的相关理论，基于赛德尔像差理论介绍了反射变焦系统初始结构的确定方法，同时研究分析了共轴反射变焦系统存在的不足，进一步给出弥补共轴系统不足的离轴反射变焦光学系统的设计方法。接着结合具体的设计指标，采用CODEV光学设计软件，设计出符合系统指标要求的光学系统，并对系统进行了像质评价和公差分析。结果表明，成像质量良好，满足总技术指标的要求。最后对本论文主要的研究工作进行了总结，并对今后的继续深入研究进行了展望。