天文光干涉技术是当前实现高分辨率天文目标光学观测的重要技术手段之一。Fizeau型天文光学综合孔径望远镜是近年来在长基线恒星光干涉仪基础上发展起来的一种新型光干涉望远镜，具有共机架、多孔径、短基线的特点，能够通过像面干涉实现瞬时直接成像。本文即针对由4个子孔径望远镜组成的该形式望远镜开展望远镜阵列配置、图像复原与重构、波前检测与重构三项关键技术研究。首先针对对称环布阵列开展成像质量分析，然后提出两种能够改善成像质量的阵列配置优化方案：不对称环布型和Y型。利用最小均方误差函数分析不对称环布型和Y型的MTF性能与阵列几何参数的关系；在基于最小图像复原误差评价函数基础上，比较分析对称环布和Y型阵列在图像复原方面的性能。研究利用维纳滤波图像复原方法提高综合孔径望远镜瞬时成像质量，提出了根据局部灰度的均值、方差近似估计退化图像中的噪声、信号自相关功率谱的滤波器设计方法；针对基线旋转条件下的综合孔径成像开展基于最大数学期望的图像重构算法研究。在四棱锥镜波前检测原理理论研究的基础上，通过软件仿真和光学实验验证该波前传感器在光学综合孔径望远镜自适应波前检测中应用可行性，并借鉴夏克-哈特曼传感器的区域法，建立了一种基于Southwell模型的四棱锥传感器波前重构算法。