随着现代光学工程技术的发展，轻小型折反式光学系统因其结构紧凑、重量轻、视场大、像差小等优点得到广泛应用。轻小型化限制了系统结构刚度及稳定性，为保证力热环境下光学系统的成像质量及视轴稳定性，开展了结构特性的综合研究。针对超紧凑光学布局，如筒长与焦距比小于0.5且主镜顶点到像面距离受限的情况，采用次镜支架作为安装基板、主镜和校正镜筒同环交错前向安装的方法，成功实现狭窄空间内的结构布局。为评估主镜在安装状态的变形，建立了螺钉连接预紧力有限元分析模型，分析选定了柔性环板参数及支撑结构加强方案。对反射镜保持面形稳定的措施进行了阐述，设计了与装配状态一致的安装方法，实证可削弱螺钉安装应力的影响。为提高校正透镜组在压圈装配力及热环境下的适应性，开展了镜筒结构件接触面的形状优化，并针对温度环境，在径向开展光机间隙校核；在轴向根据高温匹配性计算了压圈预紧力，并分析了低温下透镜的应力和变形情况。基于ANSYS优化理论及流程，对体积、重量、遮拦受限的一体式次镜支架开展参数化建模，用结构基频作为目标函数完成优化设计。进一步设计应用了新型螺旋撑筋桁架式次镜支架，具有优良的结构刚度及抗弯性能，利用搭建的试验平台测试了冲击条件下的视轴漂移情况。根据次镜相对主镜转角实现波面匹配的方法，设计了新型次镜调整安装结构，实现次镜倾斜角度的单调连续调节，在已有面形状态下可提高光学系统像质，适应光学精细装调以及力学环境工况需求。针对系统结构特点提出了单点金刚石切削加工结合平面干涉检测辅助次镜装调对准的方法，以简化装调过程。光学系统传函及视轴晃动实测结果表明本文的研究工作取得较好的应用效果。