深空探测已经成为世界科技强国追逐的热点。中国计划在未来实现载人登月,载人月球车将辅助宇航员在月球表面行驶并完成探测、考察、收集和分析样品等复杂任务。月球表面环境复杂,将平视显示器（HUD）应用于载人月球车可以给宇航员带来较大的便利。月球车载平视显示器可将月球车仪表盘信息、导航、预警信息等投影在宇航员前方对应位置,融合显示于月球表面真实视景,来增加宇航员对周围环境的感知和理解。本文针对月球车载平视显示器光学系统进行了以下研究:首先充分调研了载人月球车和平视显示器的发展现状,经过分析各种平视显示器光学系统类型与原理,确定所使用的平视显示器光学系统结构为前置反射屏式光学系统结构。基于前置反射屏式光学系统结构对月球车载平视显示器进行光学系统设计。通过比较四种投影像源系统,选择数字光处理（DLP）投影像源系统作为平视显示器的像源系统,并对照明系统进行了设计。照明系统主要包括光源、匀光方棒和双远心中继透镜。根据光学扩展量守恒条件计算出了匀光方棒的长、宽、高等参数。双远心中继透镜的作用是使数字微反射镜（DMD）芯片和匀光方棒相匹配,本文经过初始结构选择和优化设计,设计出了满足指标要求的双远心中继透镜。中继透镜的相对照度大于0.9。在Tracepro软件中照明系统的像面辐照度进行了分析,结果表明像面能量分布均匀性良好。接着对月球车载平视显示器的成像系统进行设计,成像系统主要由投影透镜、场镜、中继透镜组和半透半反反射屏组成,并对光学系统原理进行分析。接着基于最小二乘法对挡风玻璃的面型进行了拟合,并分析挡风玻璃在光学系统中所引入的主要像差。根据光学系统原理构建初始结构,并进行优化设计,得到了入瞳直径为100mm,在奈奎斯特频率处最大视场的MTF接近于0.3的光学系统。对光学系统的公差进行了分配,并进行公差分析。公差分析结果表明,光学系统加工工艺性良好。最后对月球车载平视显示器进行实验验证。由于实验条件限制,未能对优化设计得到的光学系统进行加工。所用元件为某公司生产的两个胶合透镜、LG HS200投影仪和平板玻璃。对实验光路进行理想光学系统仿真,基于仿真的实验光路搭建实验平台进行实验验证。由于光学系统所成的像为虚像,利用手机进行拍照成像,得到了对比度较好的图像,并且投射信息与背景图像实现了较好的融合。前置反射屏式平视显示器不依赖于前窗玻璃面型,适用于各种类型的载人月球车。本论文提出一种新的前置反射屏式平视显示器的光学系统结构,对未来月球车载平视显示器的发展与应用具有一定的参考意义。