光的衍射效应限制了光学成像系统的分辨能力。在波长一定的情况下，若要获得物体更多的细节，光学成像系统的口径势必要增大。随着口径的增大，光学成像系统的重量、体积和制造检测难度急剧增加，从而导致了非常高的费用。甚至当口径大到一定程度时，当前的技术根本制造不出来，或难以发射到太空。光学稀疏孔径直接成像系统是解决上述问题，并实现大视场、高分辨率成像的有效手段之一。不但能避免研制单一大孔径光学系统的诸多技术难点，同时还具有图像处理速度快等优点。子孔径阵列相对于其等效的单一大孔径通光面积的稀疏程度、布阵结构、大视场下的共相技术以及图像的快速复原处理算法是研究光学稀疏孔径直接成像系统的关键。 本论文主要对光学稀疏孔径成像系统的基本理论和光束合成误差进行了理论研究和实验探索。 首先，根据衍射受限的非相干成像系统的成像机理，给出了光学稀疏孔径系统的简化模型。在此基础上讨论了光学稀疏孔径系统的成像过程和成像性能，发展了光学稀疏孔径系统图像复原算法和像质评价方法。 其次，搭建了光学实验平台。用掩模板模拟稀疏孔径阵列，确保子孔径位于同一平面，自动满足共相条件，对光学稀疏孔径系统的成像机理进行实验方面的研究。 然后，在典型光学稀疏孔径阵列结构的基础上，提出了复合孔径阵列结构。对比分析了相同填充因子下，典型阵列系统和复合阵列系统的成像结果，数据表明，经复原处理后复合阵列具有更好的成像性能。复合阵列的子孔径有两种不同的排布方式，通过光学实验分析，成像质量的差异主要是由主阵列的结构决定，不同的子阵列构造方式只能在有限程度上改善图像质量。应针对不同类型的复合阵列结构去选择其子阵列的构造方式，做到阵列的优化。 最后，研究了共相位误差对系统成像性能的影响。以两子孔径系统为模型，给出了误差条件下系统点扩散函数的具体表达式。利用仿真实验从相关系数的角度分析成像质量随误差的恶化程度。并通过算法对其进行校正，最终得到清晰成像。