为了实现J波段星敏感器对三类恒星的全天候高精度探测，采用了被动热差消除设计方法。根据光学系统与结构材料的热差性能差异，进行匹配优化，实现透镜热差消除，设计并完成了一个大型相对孔径星敏感器全日制光学系统。根据对该波段恒星指标的分析，确定该光学系统的焦距为84mm，F数为1.4，工作光谱范围为1.1～1.4m，视场角为8.4。在光学系统设计过程中，选择了常用的光学材料和镜筒材料。通过改变各透镜的形状，合理匹配各透镜之间的距离，实现了被动补偿无加热设计。在高低温（-40~+60）和真空条件下，当离焦度为0.02mm时，色散光斑尺寸大于30m，颜色畸变小于0.018mm。星敏感器内部采用表面发黑处理，遮光罩采用非等效间距布局设计，表面采用SB－3A制造的高吸光率消光漆发黑，在保证效果的前提下可有效减轻重量。发动机罩内的挡光环采用16斜角，可确保更好的杂散光压制能力。利用Tracepro软件对杂散光光学机械系统进行了仿真分析。分析结果表明，目标在视场内产生的杂散光强度为目标强度的310-5，视场外杂散光强度从10-2级迅速下降，18外杂散光强度小于视场外强光的10-4级。地面观测实验实现了对三类恒星的全时探测，验证了光学系统设计的合理性。