对于地球静止轨道凝视红外相机，相机视线抖动引起的杂波是背景特征、相机参数、相机视线抖动特性和背景抑制算法等因素综合影响的结果。为了定量化评估视线抖动引起杂波的强度，综合考虑抖动频谱、探测器积分时间、帧周期和帧间差分背景抑制算法这几项时间相关因素，将它们合并为与背景无关的抖动等效角，建立了抖动等效角与背景辐射强度梯度统计量相乘形式的抖动引起杂波模型。基于相机视线抖动特性地面测量实验，分析了制冷机和动量轮引起的相机视线抖动频谱，对视线抖动引起的杂波进行了仿真模拟和模型计算，验证了理论模型。结果显示，所建立的抖动引起杂波模型计算结果与仿真模拟结果的相对偏差小于 15%，具有较好的通用性和高效性，适用于相机设计的迭代优化。

为了获取中高轨道变姿态空间相机准确的外热流数据, 提出一种求解其变姿态外热流的方法。以地球静止轨道空间相机为例, 首先确定卫星-太阳-地球三者之间的相对位置关系; 然后, 根据相机对日成像的工作任务确定其不同时刻的姿态; 最后, 根据相机姿态变化后的环境映射面以及直接积分法获得的辐射角系数计算相机各表面的瞬时外热流。计算结果表明, 在相同轨道条件下, 相机由于在轨姿态变化导致其接受到的外热流总和比姿态恒定的相机有所减少, 其中春分日总热流减少372.5 W/m2, 冬至日总热流减少771.5 W/m2。入光口所在的+X面外热流增大了2倍左右, 该面进出地球阴影区时外热流在0~1 378 W/m2之间剧烈波动。计算结果可指导相机热设计, 该方法同样适用于多维变姿态航天器的外热流计算。

地球静止轨道微波辐射计利用大气吸收频段对温湿度廓线探测，辐射计在轨采用冷空作为低温定标源。当反射器指向冷空获取宇宙背景辐射亮温时，太阳或其他星体会进入冷空观测视场，由于其亮温远远高于冷空辐射亮温 2.73 K，一旦进入会严重影响冷空观测值。为充分有效利用辐射计观测数据，本文主要分析最大影响源太阳对冷空观测亮温的影响，初步给出一种静止轨道微波辐射计冷定标方案，使冷空观测亮温与背景标准值的最大偏差降低至 0.04 K，同时也分析了月球和卫星本体等因素对冷空观测亮温的影响。

光学天线作为空间激光通信系统中的核心组件，应具有较好的温度场稳定性和均匀性。较大的天线口径和地球静止轨道空间外热流的复杂聚变，增大了天线温度场热控技术的难度。根据光学天线的构型特点和外热流的变化规律，基于光机热一体化协同设计，将空间高效热防护技术与光学镜面辅助热控技术相结合，实现了对大口径光通信天线温度场的稳定性与均匀性的长期精稳控制，并通过热实验进行验证。实验结果表明，强日照期对天线采取避光策略时，满足光通信天线温度场指标要求的时长大于14.3 h/d，温度稳定控制在21.4～26.2 ℃范围内，主镜自身热差不大于1.3 ℃，主镜与次镜之间的热差不大于3.8 ℃，这些结果均高于稳定性与均匀性的指标要求。

针对地球静止轨道卫星平台面阵凝视成像系统由于平台振动引起的图像模糊问题，提出了基于分时积分亚像元融合的方法来削弱平台颤振引起的图像模糊，提高景物辨识度；设计并搭建了二维振动平台；利用高速图像采集系统采集不同曝光时间条件下、不同振幅、不同频率振动的序列图像；使用基于能量区域质心法的相位相关法进行亚像元图像配准，计算每帧图像相对偏移量，与二维振动平台中的光栅尺位移传感器数据进行对比，验证了配准算法精度优于0.1 pixel；选择清晰度满足要求的多帧短曝光时间图像进行亚像元融合。与长曝光时间图像对比，融合图像清晰度更高，而信噪比与长曝光图像相当，验证了分时积分亚像元融合法对颤振模糊的抑制作用，具备卫星平台应用的基础。

针对地球静止轨道卫星平台引起其面阵凝视成像系统的图像模糊, 提出基于分时积分亚像元融合的方法来削弱平台颤振的影响, 提高景物辨识度。设计并搭建了一维振动平台; 利用高速图像采集系统采集不同曝光时间下不同频率振动的序列图像; 使用基于能量区域质心法的相位相关法进行亚像元图像配准, 计算每帧图像相对偏移量; 与一维振动平台中的位移传感器数据进行对比, 得到配准算法的精度优于0. 1 pixel。最后, 选择短曝光序列图像中清晰度较高的图像完成亚像元融合, 与长曝光图像相比, 其融合图像清晰度更高, 信噪比与长曝光图像相当。得到的结果验证了分时积分亚像元融合法对颤振模糊的抑制作用。

相较于低轨卫星线阵扫描成像模式，地球静止轨道面阵成像的曝光时间相对更长，更容易受到平台颤振的影响而造成图像模糊.为了消除由平台颤振引起的像质退化，本文提出了基于分时积分亚像元融合的方法.由于地球静止轨道的凝视成像特性，相机观察区域在长时间内保持不变，因此分时短曝光可以获得多帧目标内容相同，但模糊尺度更低的短曝光图像.然后对多帧短曝光图像采用基于能量区域质心法的相位相关算法进行亚像元图像配准，计算相对偏移量并进行补偿，位移探测准确度可达0.1像元以内，满足卫星平台应用需求.再按亚像元偏移量对多帧图像进行融合，融合的过程可以提升由于曝光时间缩短而降低的单帧图像信噪比，最终可以获得图像清晰度更高、信噪比与原长曝光图像相当、信息辨识度更好的遥感图像.

为了实现地球静止轨道高分辨率光学遥感，研究了在运载的动力学环境上与低轨的差异。分析了主动飞行段时间长、力学环境差、在成像方法上采用面阵成像、轨道高等原因使相机体积增大的问题。对静止轨道 21.5 m分辨率模拟相机进行了研究，开展了动力学模拟试验，得到了相机关键部位的测试参数，证明了地球静止轨道高分辨率光学遥感的核心环节即有效载荷研制的可行性。

多通道扫描成像辐射计是FY-4卫星的主要载荷之一，可实现对地的多光谱观测。辐射计在轨运行期间承受复杂的外热流环境，为保证高质量的成像品质，必须对其进行有效的热设计。根据地球静止轨道和辐射计构型特点，分析了热设计的特点，并对仪器进行详细的热设计和热分析,计算结果证明了热设计方案的合理性。