随着人类天文观测的逐渐深入,天文学家对望远镜成像分辨率的要求越来越高,望远镜孔径尺寸也随之越来越大。然而,望远镜孔径的增大受到诸如加工技术、制造成本和体积重量等众多因素的制约。时序拼接光学合成孔径成像技术作为一种新型的光学合成孔径成像技术,有望能够减弱望远镜孔径增大所面临的限制,本文对其进行系统的理论、数值仿真和实验研究。时序拼接光学合成孔径成像技术(Time-sequential Optical Synthetic Aperture Imaging Technique)的主要思想是:移动单个小孔径成像系统,使其在不同位置对于目标进行菲涅尔非相干全息成像,之后将不同位置上得到的小尺寸全息子图拼接成为大尺寸的全息图,最后对大尺寸全息图进行数字重建从而得到目标像。时序拼接光学合成孔径成像技术主要应用于观测系统与目标之间存在相对运动的情景中,与其他光学合成孔径成像技术相比,时序拼接光学合成孔径成像技术具有成像系统简单灵活、理论上成像分辨率不受限等优势。本文首先详细介绍了数字全息成像技术的记录和再现原理,在这个基础上对菲涅尔非相干全息成像技术和时序拼接光学合成孔径成像技术进行了深入的理论分析。通过分析可知,相对于单个小孔径菲涅尔非相干全息成像技术,时序拼接光学合成孔径成像技术可以显著地提高成像分辨率。研究中建立了数值仿真平台和实验平台,并利用数值仿真和实验的方法对时序拼接光学合成孔径提高分辨率的有效性进行了分析验证。在上述研究基础上,本文进一步分析了时序拼接光学合成孔径系统成像参数对于成像分辨率的影响,成像参数主要包括:记录距离,相位掩膜类型,相位掩膜的半径,相位掩膜中球面波相位分布的半径以及相移算法中的相移量和相移步数,基于数值仿真和实验对理论分析的结果进行了有效的研究和验证。此外,本文还通过理论分析对时序拼接光学合成孔径系统成像参数的取值范围提出了限制条件,譬如孔径平面和观测平面之间的距离应远远大于孔径的尺寸以及观察区域的最大限度以满足菲涅尔衍射条件等,这些结论可以为时序拼接光学合成孔径成像系统的设计和应用提供参考。