太阳模拟器能够提供与太阳光光谱相匹配且具有一定有效光斑口径、均匀的、辐照度稳定的太阳辐射源,是一种模拟真实太阳光辐照特性的试验与标定的装置。本文研究的太阳模拟器是测量太阳辐射量的气象辐射仪检测系统的重要组成部分,在其技术指标方面上要求较为严格。太阳模拟器的光学系统的设计和分析是本文的重点研究内容,对太阳模拟器的工作原理、组成和总体结构也进行了细致的描述。本文提出了一种基于同轴准直透射式的光学系统,重点对该光学系统的照明部分和投影成像部分进行了设计。通过对系统中各个部分的器件进行理论分析与实际计算,最终确定了太阳模拟器光学系统的初始结构。在此基础上,运用Lighttools照明设计软件对整体系统进行建模和仿真,仿真结果表明辐照不均匀度≤±1%。最后通过实验测试可知,系统中所要求的技术指标都满足要求。