为了满足应用需求,获得高分辨率的卫星图像,需要发展大口径、长焦距的空间遥感光学系统,但是受到人力和物力资源的限制,给高分辨率空间遥感器的研究和发射带来很大的阻碍。因此,人们开始追求新的观念和方式来克服以上难题,其中稀疏孔径光学成像系统是贯彻大口径空间光学系统的方法之一,其研究将为高辨别能力光学遥感系统的落实新的技术方法。正文从讨论稀疏孔径光学系统的成像基本原理开始,进行稀疏孔径阵列特点、稀疏孔径图像复原研究,提出一种基于液体透镜的辐射状多子镜稀疏孔径结构,并给出该多子镜结构的具体空间分布,研究其调制传递函数(MTF)特性以及模拟成像性能。首先阐述本论文研究的问题,讲述国内和国际研究的近况和选题的意义。其次讨论稀疏孔径光学成像系统的简化模型、基本理论、结构设计、结构优化和特性指标,研究其调制传递函数。提出一种基于液体透镜的辐射状多子镜阵列结构,给出稀疏孔径光学系统MTF的解析表达式。为了得到多子镜系统成像的普适规律,采取无量纲方式对结构参数约化。依据基线长度统计分布图和调制传递函数曲线图,分析该结构的特征和中频特性。研究辐射状多子镜阵列结构,经过结构优化取得冗余度最小的II型辐射状多子镜阵列分布,增加光学系统的成像质量。详细分析并对照辐射状多子镜与环形复合阵列孔径结构的MTF。介绍了基于液体透镜的辐射状多子镜阵列光学系统结构和成像特点,并对多子镜阵列结构进行模拟成像和图像重构。运用ZEMAX光学设计软件,不同填充因子情况下,对多子镜稀疏孔径结构和环形复合结构进行MTF分析和模拟成像研究。针对稀疏孔径系统的中频特性下降问题,采用维纳滤波对噪声图像进行还原操作。利用稀疏孔径成像系统与单口径成像系统间的标准差和峰值信噪比,这两种指标对填充因子不相同情形下的图像对其像质评估,对经过复原的图像对其对比分析,得出填充因子与图像清晰度的关系。结果表明:因为辐射状多子镜阵列的子镜分布具有方向均匀的特点,各个基线长度在中频区域内重复数量较多,所以该结构具有较好的中频响应。多子镜结构(II-312型)的实际等效口径、实际截止频率、平均调制传递函数、中频特性、成像质量均优于复合环形结构。当子孔径直径变大时,该结构的成像清晰度上升。经过维纳滤波,图像清晰度得到改进,图像恢复效果随着填充因子变大而变好。