利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力，但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况，波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究．为简化分析流程，采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化．利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差．计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异．在此基础上，为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程，通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统，通过Solid Works加载轴向和径向的热形变，探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围．结果表明，结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况．对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统，在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围，但是仅可以适应±1℃的径向温差范围．因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时，需要对径向方向进行重点优化．