太阳模拟器作为一种重要的试验设备，广泛应用于空间技术、航空航天及太阳能产业等领域。在太阳模拟器的发展中，光源发光二极管(LED)的加入对其性能的增强起到了重要作用。介绍了太阳模拟器发展的背景，论述了LED作为其光源的优点和价值。列举了针对太阳模拟器性能评测的各项标准，逐个介绍并进行对比。叙述了国内外具有代表性的LED太阳模拟器结构、控制及光学设计，从光谱匹配度、辐照不均匀度、辐照不稳定度等方面进行分析比较。总结了LED太阳模拟器的研发重点和发展趋势。

针对氙灯太阳模拟器光电转换效率低、寿命短、辐照强度低，均匀性差等不足，基于LED太阳模拟器光学系统，提出了一种球面阵列LED太阳模拟器光学系统，包括准直光学系统、匀光系统以及光源系统的设计方法。利用同轴透射式光学系统技术设计了双分离结构的准直光学系统, 在分析比较常用匀光系统的性能与组成形式的基础上，阐述积分器与视场光阑的设计过程, 然后基于球面光源的设计思想完成光源系统的设计,利用LightTools光学设计软件对LED太阳模拟器光学系统进行仿真分析与验证。实验结果表明：球面阵列LED太阳模拟器在工作距离100 mm，输出辐照面积为100 mm×100 mm范围内，其辐照强度大于1 100 W/m2，辐照不均匀度优于3.86%。