为了提高光电探测系统对远距离、弱目标的探测能力，就要尽量增大光学系统口径，设法提高光学系统的杂散光抑制水平，从而提高整个系统的信噪比。为了实现对靶场复杂环境下对目标轮廓、姿态的测量，就要利用目标不同光谱的辐射特性，实现光电系统多光谱测量，设法提高光电系统性能，综合抑制各个谱段的杂散光能量。杂散光是指能到达探测器靶面的杂散辐射能量，它的存在会导致光学系统的输出噪声的增加，从而使像面对比度的降低，严重时会使系统输出的目标信号完全湮没在噪声中，影响到光学系统的有效作用距离和分辨能力。对于红外光学系统来说，在一定环境下工作时，光学系统自身的热辐射能量可能比弱目标成像的辐射能量大几个数量级，所以在设计抑制系统外部杂散光结构的同时，其自身的热辐射也不能忽视。论文分析了光学系统的杂散光来源及特点，在此基础上对光学系统中杂散光抑制结构建立了新的数学模型，提出了新的设计方法，研究了各类杂散光对光学系统探测能力的影响以及相互之间的关系，设计了一大口径、多光谱、变焦光学系统，对其杂散光抑制技术进行了分析研究，并为其设计了相应的机械结构。论文的主要研究成果及创新点为：1，在经典电磁理论的基础上，依据麦克斯韦方程推导了粗糙表面散射模型，建立了光学系统杂散光分析的数理模型，并分析了漫反射模型和实际模型的差别。2，利用传统几何光学和成像理论，分析了鬼像的形成原因和形成过程，提出了快速仿真计算光学系统鬼像的方法，并与实际现象比较验证了其正确性。提出了图像处理消除鬼像的方法，通过实验验证了其可行性和有效性。3，根据几何光学理论和热辐射理论，分析了红外光学系统热辐射能量传递过程及其特点，在现有热辐射分析方法的基础上，研究了逆向热辐射分析方法，并与正向热辐射分析方法相对比，分析了其优缺点。4，研究了光学系统的探测能力与杂散光抑制水平的关系，推导了PST、杂光系数与一定环境下星等、SNR、光学系统图像传函的关系，并重点对光学系统图像传函与杂散光抑制水平进行了实验验证。5，提出了新的杂散光抑制设计方法以及消杂光结构参数计算方法。针对本文设计的大口径、多光谱、变焦光学系统，提出了对外部杂散光、鬼像冷反射、自身热辐射的抑制方法，最后根据设计指标进行了成像质量评价。