受激光测距机作用距离和脉冲频率等的限制,主动测距方法无法在高空斜视远距离大区域成像模式中得以应用。针对该问题,提出了一种对同一目标区域进行多次立体成像测量的定位算法。利用机载定位系统测出平台位置、姿态信息,以及相机框架轴角信息,建立目标区域地理坐标与图像像素点间的映射关系,利用地球椭球模型求解目标初始地理信息,应用卡尔曼滤波器对数据进行自回归预测,采用蒙特卡罗法仿真分析误差对定位精度的影响。结果表明,立体成像40次后目标的定位精度优于20 m,立体成像180次后目标的定位精度优于10 m。采用飞行实验数据验证了该目标定位算法的有效性,在飞行高度为9800 m、倾斜角为78°时,立体成像40次后目标的定位精度优于35 m,可满足工程应用需求。

针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题, 设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性, 对同一目标多次测量, 采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性, 利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响, 目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响, 结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性, 在飞行高度8 000 m时, 目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法, 该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署, 可操作性强, 具有较大的应用价值。

为保证航空摆扫相机转弯成像过程中的成像质量, 对其像移计算及补偿方法进行了研究。根据航空摆扫相机的成像原理, 利用几何建模及速度矢量分解建立了转弯成像像移计算模型, 给出了基于均值补偿的转弯前向像移补偿方法。转弯前向像移补偿分析表明：相机焦距为500 mm, 曝光时间为0.01 s, 速高比为0.02 rad/s, 纵向视场角为 10°, 转弯角速度为0.5 (°)/s时, 最大前向像移补偿残差量为2.22 μm; 转弯角速度为1.5(°)/s时, 最大前向像移补偿残差量为3.36 μm。另外, 转弯横向像移补偿分析表明：横向像移量随纵向视场角幅值的增加而增大, 曝光时间为0.005 s, 横向视场角为30(°), 转弯角速度为1(°)/s时, 横向像移量在纵向视场角为4.5°时达到3 μm。转弯成像试飞实验结果表明：得到的图像像质优良, 无几何形变, 前向像移补偿良好, 验证了本文提出的转弯成像像移补偿方法的正确性。

以长焦距斜视相机俯角系统为研究对象, 针对高动态下自准直检焦镜筒定位精度不高的问题, 提出了一种基于高增益观测器的多环路控制策略。首先, 根据俯角控制系统开环幅频特性曲线, 建立了俯角位置控制系统的数学模型, 从控制理论角度分析了所设计控制策略的可行性; 然后, 通过实际系统进一步验证了所设计控制策略的可靠性。实验表明, 高增益观测器能够很好地估计镜筒在非惯性空间下的角速度和角加速度状态; 相比于双闭环控制方法, 本文提出的控制策略可将俯角位置控制扰动最大误差减少96.3%, 保证了镜筒的检焦位置定位精度优于0.05°, 因此具有较好的工程应用价值。

以线阵CCD空间滤波效应的速度测量方法为基础，进一步提出了利用线阵CCD进行空间滤波测速(SFV)信号基频消除方法。采用异相差分检波算法，在消除基频和直流成分的同时提高了信号振幅，增加了信噪比。通过研究异相差分前后空间滤波器的功率谱密度函数，对等效差分空间滤波器的特性进行了分析。实验验证了利用异相差分检波算法进行SFV信号基频消除的可行性，结果表明，采用异相差分检波算法可以消除信号基频和直流成分，同时使周期成分的振幅加倍，有利于周期信号的提取，并解决了传统光学方法光学系统复杂，装调困难的问题。

以Q值作为参照指标，考虑光学系统分辨率和探测器分辨率，通过图像仿真效果的对比讨论了不同Q值成像系统的成像质量.结果表明: 成像系统设计过程中需在光学系统分辨率和探测器分辨率之间进行权衡，Q=2时成像系统的成像质量最好，但实际设计过程中考虑到其他因素（系统信噪比、场景大小、运动模糊等），往往取Q<2可获得高品质图像.因此,Q值可作为参考指标为光电成像系统设计提供一定指导.

提出了凸轮驱动的线阵CCD像面动态扫描拼接方法以扩大遥感仪器的覆盖宽度, 并对系统负载非平衡特性及其多模控制算法进行了分析。讨论了现有拼接方法的优缺点, 进而引入凸轮驱动的动态扫描拼接方法。该方法采用电机和凸轮作执行机构, 电机做匀速旋转运动, 通过凸轮带动多个线阵CCD做往复直线运动, 实现动态扫描拼接。为了提高CCD成像质量, 从理论上对凸轮结构的特殊性、平台姿态角及相机方位角造成的系统负载非平衡特性进行了分析, 结果表明: 平台俯仰角对负载非平衡特性影响较小, 可以忽略; 当平台横滚角和相机位角之和非零时, 负载力矩在凸轮升程段和回程段表现出不同的特性。针对凸轮升程段和回程段采用相同控制器时凸轮转速在两阶段存在转速降的情况, 提出了变输入的多模控制方法, 并进行了相关实验。结果表明: 变输入的多模控制方法可有效消除凸轮转速在升程段和回程段存在的转速降, 且在从动件匀速段的凸轮稳速精度达到0.48%。该方法简单、方便, 易于工程实现。

基于空间滤波测速原理，提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样，模拟了多狭缝的空间滤波特性，实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数，对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析，并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明，对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度，测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel，能够满足航空相机像移补偿精度的要求。

为便于工业应用，设计了具有人机交互界面的步进电机控制器。该控制器具有独立的编程指令。用户可通过PC机运行的程序编译软件完成应用程序的编写、自定义图像的选取及寄存器参数的设置。程序编译软件将上述信息通过串行总线传送给步进电机控制器，并保存在非易失性存储器中。步进电机控制器读取、解译并执行应用程序。该系统中配置有液晶显示器，实时显示操作信息；同时配有键盘，便于用户在工业现场修改应用程序或寄存器参数。整个系统以片上外设丰富的Cortex-M3核ARM芯片为核心，对系统指令、人机交互键盘、非易失性存储及LCD显示模块的设计进行了详细分析，并给出了系统设计显示结果。结果显示：LCD显示信息与用户按键命令同步，非易失性模块数据存储可靠，系统运行结果良好。