为解决卫星灵活机动多模式成像中多片TDI CCD拼接像元失配的问题，提出了一种实现TDI CCD相机成像搭接与错位像元快速拼接配准的匹配算法。通过分析卫星侧摆成像过程焦平面上像移速度矢量变化导致的多片TDI CCD拼接成像像元失配现象，设计了成像速度矢量光线追迹与齐次坐标变换方法，计算了侧摆成像过程中影响图像失配的偏流角、像移速度矢量和两片TDI CCD拼接纵向错位方向和横向搭接方向的像元数目。利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机系统对两片TDI CCD拼接像元匹配算法进行实验验证。结果表明：视场角为10°的TDI CCD相机在卫星侧摆30°成像时，经过1个拼接周期后，两片TDI CCD拼接纵向错位和横向搭接像元数目由初始的148.5和50变为137和49，其中横向搭接像元数目与理论计算结果仅有0.1 pixel的偏差，纵向错位像元数目与理论计算结果基本一致。经实验和理论对比分析，所设计的纵向错位与横向搭接像元快速拼接配准算法能够解决TDI CCD 图像拼接的准确性，确保图像像元匹配进而获得高质量的图片。

基于线阵时间延迟积分(TDI)CCD推扫成像原理, 分析了敏捷卫星在三轴姿态机动过程中动态成像的像移问题。由于姿态对地指向不断改变会导致像面空间方位不断改变, 从而造成像移速度的改变, 本文通过坐标变换法推导出了动态成像方式下的像移速度数学解析表达式, 仿真得到了不同姿态机动角速度情况下的TDICCD积分时间数量级。数值仿真分析表明：当前50 μs级的航天相机在700 km的轨道高度可以实现以0.5(°)/s角速度上限进行动态推扫成像; 当姿态机动角速度大于0.5(°)/s时 , 曝光时间越来越短, 需要设计更高水平的相机。以上结论表明, 对于不同角速度的动态成像任务, 需要量化TDICCD积分时间数量级, 实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷来完成推扫成像的动态成像。

分析了TDI CCD的各种噪声，重点研究了响应非均匀性和固定图形噪声对成像质量的影响，通过辐射亮度反演的方法对响应非均匀性进行了校正。实验结果表明，该校正方法能够有效去除响应非均匀性造成的条纹，得到清晰的图像。

本文分析了TDI CCD相机的偏流角调整过程和偏流角误差匹配的影响因素,依据偏流角误差导致的姿态稳定度偏差对相机成像质量的影响,建立推扫相机像点与物点一一对应的数学模型,根据TDI CCD成像时超出对应像素的横向与纵向偏移量的累加计算,仿真卫星姿态稳定度改变时相机的成像;同时,利用单轴气浮转台和面阵CCD进行成像实验,将实验条件的像移速度与仿真条件的像移速度匹配,并对面阵CCD成像进行偏移量的累加,模拟推扫CCD成像,最后利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像与实验成像质量。仿真成像与实验成像在对比度和互相关相似性测度上相差为0.03左右,能较好满足地面卫星相机连调试验的图像仿真。

TDI CCD相机辐射定标的目的是建立输入辐亮度和探测器数字化输出之间的关系,为相机提供调光参数.本文推导了辐射定标的原理,并针对特定的TDI CCD相机在应用光学国家重点实验室里使用积分球对其进行了基于光谱辐照度灯的辐射定标,标定了TID CCD相机响应的线性度、TDI CCD相机响应分别与增益和级数的关系,根据实验结果我们得到了在不同的辐亮度值下的增益和级数参考值,从而确定了TDI CCD相机的调光参数,并给出了标定的误差和各项误差源的影响.