随着高分辨率高质量光学遥感卫星图像需求的不断提升,亟待研制超大口径的光学遥感成像载荷。拼接式光学系统具有折叠/展开式结构,且在装调过程中灵活性较强,已成为超大口径高分辨率光学遥感成像载荷的重要发展方向。然而,空间大口径拼接光学系统的成像质量受主镜拼接误差及在轨力热环境共同影响,其退化特性较传统单口径成像系统更为复杂,导致成像质量无法满足目标解译的实际需求,因而需要深入开展针对空间大口径拼接光学系统的成像特性研究,并以此为依据提出相应的图像复原方法。目前尽管国内外学者已针对拼接式光学系统的成像特性展开了部分研究,但尚未全面考虑拼接误差和在轨退化耦合要素的影响,关于针对上述特性的图像复原方法研究也鲜有报道。针对该问题,本文开展空间大口径拼接光学系统成像特性和图像复原方法研究,并开展相应的实验验证。主要研究内容包括:(1)空间大口径拼接光学系统成像仿真建模与特性分析。通过对镜面拼接式光学系统特殊的入瞳结构进行数学建模,分析理想大口径拼接光学系统的成像特性,同时分析光学系统点扩散函数(Point Spread Function,缩写为PSF)及调制传递函数(Modulation Transfer Function,缩写为MTF)在活塞误差、倾斜误差、子镜间隙三类拼接误差作用下的变化规律。在此基础上,立足光学遥感全链路,将大气传输、探测器采样、电子学信号转换、卫星平台振动及随机噪声等环节对成像质量的影响与大口径拼接光学系统成像特性耦合,建立大口径拼接光学系统在轨成像质量退化模型,并分析得出空间大口径拼接光学系统具有图像MTF中高频段信息损失严重、纹理细节模糊、存在高频噪声等成像特性,为后续空间大口径拼接光学系统图像复原方法研究提供先验输入。(2)空间大口径拼接光学系统图像复原模型与方法建立。针对空间大口径拼接光学系统的成像质量退化特性,基于增强型超分辨率生成对抗网络(ESRGAN),通过对抗训练使生成网络G和判别网络D达到平衡,对图像的中高频信息进行复原。同时,为更真实地恢复图像纹理细节,将小波变换引入生成网络,通过对退化图像的特征图进行小波分解,并设置小波阈值函数来去除高频噪声,从而提出一种融入小波分解和ESRGAN神经网络的WT-ESRGAN图像复原方法,实现提升图像MTF、恢复图像中高频信息的同时,保证纹理细节、有效抑制高频噪声的目的。(3)实验验证及分析。结合仿真实验,验证图像复原方法的有效性,并与已有复原方法的处理结果进行对比。同时选取不同图像质量评价指标对复原方法的处理结果进行评价,分析复原方法对不同种类、不同程度拼接误差作用下退化图像的处理性能。通过实验证明本文建立的复原方法有效地恢复了图像的纹理细节及边缘结构,能够有效解决空间大口径拼接光学系统中存在的图像MTF曲线中高频段下降严重、纹理细节模糊等图像质量问题,为超大口径拼接光学系统的未来空间应用提供技术支撑。