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飞行模拟器是现代航空、航天领域中高效、经济的飞行训练设备。作为其组成部分之一的视景系统(visual display system)的作用是为受训人员提供实际工作任务中可观察到的场景图像，它的性能表现将直接影响训练效果，因此也被作为评价飞行模拟器先进程度的重要指标之一。 小型球幕投影系统是一种投影式的视景系统。它具有一些大型投影视景系统所无法提供的更大的水平和垂直视场，同时结构简单、成本低廉。如果搭配合适的视景计算机软硬件和用来模拟影像的数据库，完全可以满足各种类型的飞行训练需要。目前国内使用该系统作为飞行训练设备的单位还完全依赖进口产品。 球幕投影光学系统与普通的投影光学系统相比有两大设计难点，分别是：近距离球面成像；接近170度的大视场。目前国内还没有出现这种球幕光学系统的相关设计资料。 本文的主要研究内容为： 首先对投影系统的图像源进行了比较和选择，在对国外某系列球幕投影系统的光学组件进行详细调研和实地检测后，按照使用单位的要求拟订了小型球幕投影光学系统的性能参数，经过分析和计算选择了合理的初始结构。之后通过ZEMAX软件同时结合经典像差理论的思想对光学系统进行了优化工作，并给出了详细的最终像质评价； 从光学系统场曲的定义出发，结合球幕投影系统结构上的特点，定性、定量地分析了球型屏幕的外形参数对光学系统场曲的影响，推导了它们之间近似的数值关系并进行了验证，为该类型不同外形尺寸的设计提供了借鉴。