光学合成孔径成像技术是一种提高光学望远镜系统分辨能力的新型成像技术。该技术通过将多个孔径较小的光学系统按照一定形式排布后共同成像,从而得到与单个大孔径光学系统的相近的分辨能力,是目前实现光学系统高分辨率成像并降低制造难度的有效手段之一。基于对空中目标高分辨率观测的课题要求,本文对多望远镜型合成孔径成像系统展开研究,并依据技术指标完成了系统的设计与性能分析。首先,调研了合成孔径成像系统的发展现状,分析了两种类型系统间的差异,并研究了多望远镜型合成孔径成像系统的组成和工作原理。研究了基本成像理论,建立了系统的简化模型,并对系统提高分辨率的原因以及主要特征指标进行仿真和分析。其次,基于系统的简化模型,从频谱分布特性和复原图像质量两个角度,对不同填充因子、子孔径遮拦比条件下,三种典型光瞳结构性能差异的原因进行对比和分析。采用遗传算法实现了基于复原图像质量的多孔径光瞳结构优化,并对新光瞳结构性能进行对比与分析,结果表明该结构具有较高成像质量。最后,为了实现对30km高空飞行器和2km飞行物的识别,确定了多望远镜型合成孔径成像系统的总体参数,分析了系统的设计步骤和方案,并分别完成了反射式和折反式合成孔径成像系统的设计。为了满足系统小型化的设计要求,其中,反射式合成孔径成像系统采用主三镜一体化的离轴三反式结构作为合束镜,不仅使系统结构可得到简化,而且降低了装调难度。此外,折反式合成孔径成像系统采用了折反式望远系统和透射式合束镜系统,并利用反射镜折转光路降低系统体积。详细分析了各子系统和整体的性能,对合成误差的影响进行仿真,并利用点扩散函数模拟了系统的成像效果。本文设计的五孔径折反式光学合成孔径成像系统,其结构为350mm×350mm×620mm。系统调制传递函数在频率域连续,在频谱面不同方向的最大截止频率均为162lp/mm,频率响应最大差值约为0.05,具有良好的成像性能,可满足课题技术需要。