针对航测相机对地摆扫成像过程中的动态像移问题，采用两镜望远系统的矢量像差理论，将次镜作为像移补偿元件，通过次镜多维运动实现航测相机的综合像移补偿。次镜在对像移进行补偿的过程中会发生偏心和倾斜，导致次镜离轴，影响成像质量，因此，建立了失调折反光学系统成像模型，研究次镜像差场偏移矢量与次镜失调量之间的关系，并分析次镜多维运动对成像质量的影响。为验证次镜多维运动的像移补偿能力，搭建实验平台对该航测相机进行了实验室内以及外场成像试验。结果表明，采用该像移补偿技术的航测相机动态分辨率可达74 lp/mm，且像移补偿精度优于0.5个像素，达到设计预期。

天基各类光学系统在成像过程中，受卫星轨道变化、姿态角变化等因素以及跟踪速度误差、平台及各运动部件颤振的影响会造成像移。像移会导致图像分辨率降低，图像模糊，严重影响最终的图像质量，因此如何抑制动态像移的影响已成为获取高分辨率清晰图像的瓶颈。目前已有的研究基本都是从单独的应用领域去分析像移的产生因素，没有系统全面的将天基光学系统像移的产生和补偿技术进行综合呈现。本文在简述像移影响机理及像移补偿技术的基础上，对天基成像按照用途分类，详细介绍近年来国内外在对地遥感、空间天文探测、火星探测和空间目标探测成像领域像移影响及补偿的研究进展。通过对国内外研究现状的跟踪分析，预测天基光学成像系统像移研究的发展方向，进一步提升对我国空间光学技术发展方向的理解，为我国航天光学技术和装备的发展提供指导。

机载面阵摆扫式成像系统需要足够高的帧间重叠率来避免因扫描过程中视轴的控制误差而导致的漏扫，这制约了成像系统在大速高比条件下的适应能力，限制了系统的成像幅宽。论文提出了一种视轴路径规划模型与重叠率计算的新方法，通过像球面投影的几何分析方法优化设计了成像系统视轴的扫描路径，并依据像球面中像面投影的方位旋转角度，建立了一种重叠率计算的新模型。经理论分析与仿真实验验证，在40°侧向凝视成像时，视轴稳定精度由2.93°提高到0.15°，相同速高比、单行5帧摆扫成像时，作业效率提高约32 %。论文研究工作对推动机载摆扫成像技术向着宽视场、大速高比、高分辨率方向的进一步发展具有重要意义。

本文从控制的角度综述了大视场、高分辨率需求下，航空光电成像系统像移与像旋运动补偿控制技术的先进技术及研究进展。结合像移与像旋运动补偿控制发展趋势，将其分为单一执行器补偿控制和多执行器协同补偿控制两大类。对于单一执行器补偿控制，从控制照准架、控制光路折转、控制成像介质运动的三个角度进行了总结；对于多执行器协同控制，从指令协调、机械联动和多执行器信息交互三个角度，对协同补偿控制方案进行了梳理和分析；最后从五个研究方面对像移与像旋运动补偿控制的难点和未来发展趋势进行了展望。研究结果有助于航空光电成像领域学者快速全面的了解像移与像旋运动补偿控制的研究现状和发展趋势，为进一步提升航空光电成像装备的综合性能提供有益借鉴。

调制传递函数（MTF）是遥感相机的重要评价指标，但是目前对于数字域 TDI CMOS 相机动态MTF特性研究十分有限，为了深入研究其像质下降机理，结合数字域TDI CMOS成像原理，建立了像元、电子快门、曝光时间、振动引起的数字域TDI成像MTF下降数学模型。结合推导模型开展了预估分析和实验验证。结果表明：传感器的有效像元区域分布会影响图像MTF，且开口率越小影响越大；CMOS传感器的卷帘快门会导致数字域TDI成像MTF下降，卷帘速度越慢影响越严重，其中卷帘速度从6 μs变为10 μs时，对应的图像MTF从0.191下降为0.177；曝光时间越短则MTF越高，尤其当存在低频像移失配时更为明显，曝光时间从180 μs减小为100 μs时，图像MTF从0.126提高为0.155，但同时也会影响图像信噪比，因此在实际应用中应合理选择曝光时间。

航空光电成像系统由于像移的存在导致成像分辨率下降，严重影响航空光电系统的整机性能。采用像移补偿技术可以提高航空光电系统成像质量。分析了移动探测器像移补偿技术原理与运动光学元件像移补偿技术原理，重点研究了基于快调反射镜(FSM)的高精度像移补偿技术。通过工程简化分析，分别推导了快调反射镜位于平行光路和会聚光路的像移补偿随动角度规律，并针对会聚光路中快调反射镜带来的离焦量进行分析，讨论了离焦量对光学系统波像差的影响。仿真结果表明，随着离焦量的增加，波像差呈线性增大趋势。通过分析光学系统波像差对其光学调制传递函数（MTF）的影响，结果表明F数等于8，在奈奎斯特频率处，当离焦量在0.1 mm以内，光学调制传递函数MTF的下降量在26.6%以内。

为了实现天问一号高分辨率相机在大椭圆轨道下对火星表面高质量成像，建立了基于火星的大椭圆轨道像移计算模型。对大椭圆轨道和像移计算方法进行研究。首先，根据大椭圆轨道的特点，分析大椭圆轨道与近圆轨道存在的差别。接着，依据椭圆特性和角动量守恒原理计算高分辨率相机到火星中心的距离、椭圆运动轨道速度、轨道速度与离心速度的夹角。然后，根据齐次坐标变换的方法将火星景点坐标系与高分辨率相机坐标系建立联系，通过对位置关系的求导得出像移速度。最后，通过动态成像试验验证了像移补偿计算方法的正确性和对图像质量的影响。实验结果表明：大椭圆轨道像移补偿计算方法正确；动态传函大于0.1，满足动态传函不小于0.1的指标要求；像移匹配（Modulation transfer function， MTF）最小值为0.953，满足不低于0.95的指标要求。