提出了对非均匀场景同一区域成像的卫星姿态调整及基于直方图匹配的线阵CCD非线性相对辐射定标方法。当在轨卫星需要执行相对辐射定标任务时，首先计算初始偏流角并调整卫星偏航角进入在轨定标成像模式；然后在定标成像过程中控制卫星偏航角，使得线阵CCD阵列的所有像元能够依次对同一区域成像；最后基于直方图匹配方法建立高精度非线性相对辐射定标模型。仿真实验给出了不同姿态对应的定标成像情况下的偏航角调整大小与调整周期，并分析了引起偏流角误差的因素及其对偏流角的不确定性。该方法既不需要地面均匀定标场等，也不需要统计分析大量在轨图像数据；且每一轨都可以执行定标任务，避免了卫星不同轨数据之间的不稳定性所带来的定标源自身不可靠问题。

对离轴三反测绘相机的像移模型进行了必要的修正以获得高的测绘精度。对两线阵离轴三反航天测绘相机进行建模, 推导了考虑地球曲率的斜视和后视相机的像移速度和偏流角计算公式。以交会角为25°的离轴三反航天测绘相机为例, 分析了斜视相机以正视为准调整行周期和偏流角, 以及兼顾正视、斜视相机调整偏流角时, 像移速度匹配残差和偏流角调整残差对图像质量的影响。分析结果表明, 以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数大于5时, 应分别调整斜视和正视相机的行周期; 按正视相机调整斜视相机的偏流角时, 积分级数应取71以内; 若兼顾正视、斜视相机调整偏流角, 当积分级数为96时, 对正视、斜视相机的成像质量无本质影响。

在星载相机中，扫描反射镜通常会带来异速像移，导致时间延迟积分(TDI)CCD上像移分布不均，不同摆角下，这种分布情况均不同，给像移补偿造成困难，难以获得清晰的成像效果。为此进行分析，建立了含扫描反射镜的像移模型。针对某一低轨卫星参数进行仿真，得到了在不同摆角下，不同视场对应的像面像移量和偏流角。若以像面中心像移量和偏流角作为补偿标准，补偿后，CCD各点的偏流角残差较小，当像移量残差小于1/3 pixel时，即可认为补偿有效。不同摆角下，这种补偿效果是不同的。通过分析，当摆角在(-20°,-0.12°)和(0.17°,20°)内时，异速像移明显，成像效果不佳；在(20°,35°)、(-35°,-20°)和(-0.12°,0.17°)范围内时，补偿效果好，利于成像；摆角为0，即对星下点拍照时，成像效果较好，此时摆角的控制精度应在(-0.12°,0.17°)范围内。以上研究可为稳像机构设计提供一定参考。

基于矢量关系运算和不同坐标系之间的转换, 推导了对地观测相机的像移速度矢量模型。该模型适用于机载和星载两种平台, 且在模型中考虑了地球扁率、姿态指向精度、姿态角速度等因素对像移的影响。对所提出的像移速度矢量计算模型进行了仿真分析。仿真结果表明, 机载成像时, 像移速度随载体飞行速度的增加而增加, 随飞行高度的增加而减少; 地球扁率因素对星载相机像移有重要影响, 在近极处引起的误差可达4.60%; 姿态参数对星载相机像移的影响大于机载相机。

大视场空间遥感器由于卫星轨道、姿态机动、颤振、地球星历、几何特性和载荷相机光学设计等因素耦合影响，成像过程中焦面像场的运动和图像形变表现出非线性时变规律。像速场的分布和变化会影响动态推扫的成像控制精度和成像质量。提出了一种新的遥感器像移速度场数学建模方法，通过分析具有空间光滑曲面的体目标视运动及其动态成像问题，推导了对地观测大视场相机像速解析式。算法具准确性好和效率高的优点，适用于大视场空间遥感器在轨像速匹配的嵌入式计算机处理和仪器设计。同时研究了强非线性像速场的像速匹配和偏流角跟踪的电荷耦合器件（CCD）曝光积分控制及优化问题。

为了精确监视空间光学遥感器偏流机构控制单元的工作状态， 测试其功能、性能和可靠性，提出了一种闭环实时高速检测控制单元的方法。 结合计算机技术，设计了检测系统。使用该系统分析控制脉冲，根据偏流机构的控制策略形成模拟编码器信息，并将其反馈给控制单元，实现对偏流控制策略、驱动能力和错误处理的检测。对脉冲频率为1.2 kHz、编码器最小反馈间隔为10 ms和反馈偏差在±1码值之内的偏流控制系统进行了检测，结果表明，此方法可实时准确地监视空间光学遥感器偏流控制单元的工作状态，覆盖全部控制策略路径，完全满足偏流控制单元的闭环实时检测需要。

空间相机摄像时对其偏流角进行实时调整,可以减小偏流角姿态变化对成像质量的影响,延长一次性连续摄像时间并使用较多的TDI积分级数进行摄像。本文对偏流角实时调整的需求进行了详细分析并给出了实时调整策略;然后,介绍了偏流角调整系统的构成及实时调整的工作原理;最后,提出了一种间歇式实时调整方案并进行了实验。实验结果表明:摄像过程中偏流角偏差值可以调整在4.2′以内,调整后误差≤72.17″,一次调整时间＜1 s,偏流角调整过程中图像的调制传递函数(MTF)值为99.67％。提出的间歇式实时调整方法可满足摄像过程中对偏流角实时且长时间调整,且对图像无本质影响的要求。

为了减小像移对空间相机成像质量的影响,提高相机分辨率,对空间相机像移补偿方法进行了研究。分析了偏流角产生的原因及调整原理,根据本相机自身特点,设计了高精密像移补偿机构。系统采用正弦机构作为传动形式,以80C31作为偏流角控制器,以步进电机为执行元件,以绝对式编码器作为偏流角测量元件,实现了偏流角位置的闭环控制。由于偏流角调整范围在-4°～ +4°之间,以-4°、-2°、0°、+2°、+4°作为假想偏流角期望值,用编码器测得了10组偏流角调整实际数据。实验结果表明:偏流角控制系统精度可达到2′,满足系统对控制系统精度＜3′的要求,可以实现高精度的像移补偿。

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。

为分析TDICCD相机成像过程中偏流角对相机像质的影响,根据卫星轨道方程写出了偏流角随纬度变化的具体形式.基于此分别研究了其在卫星穿航方向和沿航方向引起的像移量和对相机成像质量的影响,并利用极地圆轨道参数详细计算了偏流角引起的像移对像质的影响程度和在MTFdrift＞0.95的情况下调整偏流角的时间间隔.结果表明,偏流角是纬度的函数,由它引起的像移在穿航方向对相机像质的影响较为严重,必须采取补偿措施加以校正.