中低轨天基预警系统利用宽视场扫描和窄视场凝视两套设备完成对弹道导弹主动段、中段和再入段的实时观测。由于飞行中段是获取弹道导弹轨道参数、攻击落点、弹道导弹类型的最关键时机，本文设计研究中低轨预警系统中凝视成像系统部分，完成对中段飞行目标监视成像的预警任务。弹道导弹在飞行中段时，对导弹目标的监视成像能力决定着相机能否提供导弹拦截系统准确、及时的导弹轨道参数，而监视成像系统的设计又依赖于对中段飞行导弹目标特性的研究与分析。为达到对中段飞行阶段导弹目标（简称为“中段目标”）监视成像的目的，选取临边观测模式对中段圆锥体目标成像，通过分析中段目标轨道高度范围及监视成像系统轨道高度，得到探测系统工作距离及相关视场参数，同时分析得到对中段目标成像的光谱范围及目标辐射特性；从平面目标反射光谱辐射能量计算公式出发，建立修正的圆锥体表面反射光谱辐射能量计算模型，以有效入射截面作为限制条件，在地球辐射方向、目标姿态与观测视轴三者相对变化的情况下，建立角度与辐射总能量的关系式，得到不同情况下总光强变化范围；基于红外系统作用距离公式和冷光阑匹配原则，确定系统口径和焦距，选取合适的探测器件以满足凝视系统对视场的要求；根据光学系统指标，选取合理初始结构，完成凝视光学系统设计。