为了提高远距离、暗弱目标探测灵敏度，通常需要增大可见光相机口径，这会显著增加相机的质量和体积，无法适应卫星轻小型化要求。针对低轨探测地球同步轨道（GEO）目标需求，利用低轨零倾角卫星与GEO目标相对速度恒定，设计了面阵相机时间延迟积分（面阵TDI）成像模式。与自然交会模式、面阵凝视模式相比，在不增加相机口径的前提下，大幅提高了相机探测灵敏度。阐述了面阵探测器TDI成像原理，推导了相机信噪比计算模型，对目标运动、积分时间、探测灵敏度和信噪比等主要成像参数进行了计算，分析对点目标探测成像的影响。研制了一台原理样机，在暗室条件下的实测结果表明，相机TDI级数为96级，可实现对GEO轨道目标探测能力优于15星等，信噪比大于5。

为了解决空间光电跟瞄系统在真空环境下的多光轴标校问题，本文首先根据空间光电跟瞄系统的多光轴一致性检测精度要求，设计了一套多光轴标校系统。接着，对多光轴标校系统各子系统进行了详尽的误差分析，并给出了关键子系统的误差影响抑制方法。然后，对通信技术试验卫星三号的空间光电跟瞄系统进行了实验室环境与真空环境下的技术测试，分析了多光轴标校系统在两种测试环境下的误差来源以及测试精度，并给出了测试结果。最后，对多光轴标校系统进行了精度验证。最终结果表明：本文设计的多光轴标校系统在实验室测试环境下的标校精度为0.998″，收发平行度标定误差为1.165″；在真空测试环境下的标校精度为1.219″，收发平行度标定误差为1.359″，完全满足空间光电跟瞄系统1.5″的多光轴检测精度要求，为相关工程应用提供了技术支持。