空间遥感对于图像高分辨率成像的要求不断提高。对于主镜是单孔径的望远镜而言,越高的空间分辨率需要越大的孔径。光学系统的角分辨率正比于工作波长与入瞳口径之比,传统方法是通过增大光学系统的孔径来提高空间分辨率。但是光学系统的重量、体积和制造检测的难度,也会随着口径的急剧增大而无法承受。于是综合孔径成像技术应运而生。本文主要研究内容如下:1. 设计一种分形稀疏孔径阵列结构简述分形理论基础,根据分形理论的自相似性特点提出一种分形稀疏孔径阵列结构。该阵列是以Golay-3为分形结构单元,按照自相似方式扩展构成的一种多层分形阵列结构。采用无量纲约化结构参数并对其结构进行表征,给出系统光瞳函数和调制传递函数解析表达式。2. 研究分形结构阵列成像特性通过数值计算分形结构在不同填充因子和不同外层旋转角下的调制传递函数、实际截止频率和中频特性,比较分析了当分形层数分别为n=1,n=2,n=3阵列的MTF及特性参数。结果表明,当填充因子为9.52%（27）F?22.46%时,其变化对分形结构MTF曲线影响较小。外层旋转具有周期性,转角的变化对实际截止频率没有大的影响。当约化孔径参数d₀（28）1,填充因子为22.46%时,n=3阵列的中频特性更加平稳,实际截止频率也更高。可得,利用分形自相似性可以在相对保持中频特性的前提下有效地扩展系统孔径。由于采用约化孔径参数,数值计算结果具有标度不变性。在子孔径数均为N=18的情况下,比较分形阵列结构与环形复合结构的MTF和特征参数。分形阵列结构的成像特性明显优于复合环形阵列结构,可有效提高稀疏孔径光学系统的性能。3. 模拟成像与图像复原对稀疏孔径系统成像图像复原方法进行了讨论。重点介绍了维纳滤波复原方法和图像质量评价法。对分形结构在不同分形维数,不同结构层数下进行计算机直接模拟成像和图像复原,计算像质评价参数,客观评价阵列结构在滤波后的整体成像质量。实验结果验证了对调制传递函数和特征指标的分析结果,也表明利用图像复原技术可以有效改善稀疏孔径系统的成像质量,但对由于出现零值区域所丢失的信息无法进行恢复。