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本发明涉及望远镜技术领域，且公开了一种分形模块化的多孔径观测装置及其设计方法，其包括两组子望远镜，每组所述子望远镜包括三个呈等间距环形阵列分布并用于接收光线的子望远镜，两组所述子望远镜的阵列中心点相同，且其中一组所述子望远镜位于另一组所述子望远镜内，每个位于外圈的所述子望远镜中轴线与相邻两个位于内圈的所述子望远镜中轴线之间形成有60°的夹角；反射镜组件，所述反射镜组件安装在多个子望远镜的底部，反射镜组件包括主镜和次镜。本发明通过将子望远镜进行分形排布，极大的提高望远镜的角分辨率，且由于是通过多个子孔径有效排布形成合成孔径成像，可以在提高分辨率的同时节省大量成本。