从控制的角度综述了多功能、高质量成像需求下，超稳定、超精确、超敏捷高分辨率光学遥感卫星精密敏捷控制的关键技术和研究进展。以卫星成像与姿态控制系统性能的关系为基础，从姿态机动能力与多功能成像、姿态确定精度与成像质量和姿态控制精度与成像质量三个方面论述了精密敏捷控制技术对光学遥感卫星成像的重要性。在此基础上，结合光学遥感卫星姿态控制系统的组成及原理，分析了影响姿态控制精度和姿态机动能力的主要因素，对高精度姿态确定、精密姿态控制和敏捷姿态控制三个关键技术方向进行了讨论和总结。最后，综合当前技术的发展趋势，围绕一体化成像控制的设计思想展望了精密敏捷控制技术未来的发展趋势，为实现高分辨率光学遥感卫星多功能、高质量成像控制提供了理论依据和工程参考。

针对具有高姿态测量精度、高姿态稳定度且探测器采用机械式交错拼接的光学卫星受到微量高频姿态误差影响时，所产生的全色数据与多光谱数据间微小几何定位误差问题，提出了基于高频修正姿态的高分辨率光学卫星全色与多光谱影像几何定位一致性修正方法。在推扫式光学遥感卫星成像原理的基础上建立严密成像几何模型，利用机械式交错拼接成像探测器的分时成像特性，结合几何定位约束及金字塔影像搜索策略的同名点匹配方法获取同名点数据，再利用同名点数据解算卫星成像过程中的高频姿态数据。最后，将解算得到的高频姿态用于对应多光谱影像的传感器几何校正处理中，得到基于高频修正姿态的多光谱影像数据。实验结果表明：该方法有效消除了由微量高频姿态误差引起的全色数据与多光谱数据间微小的几何定位偏差，使传感器几何校正后的多光谱数据与全色数据具有高精度几何定位一致性，将具有高姿态测量精度、高姿态稳定度且探测器采用机械式交错拼接的高分辨率推扫模式成像光学卫星的全色数据与多光谱数据间行方向的相对几何定位误差提升至0.15个多光谱像元，以为后续高精度影像融合产品的生产奠定基础。

为了提高低轨光学卫星同轨立体成像中多次成像对目标区域指向精度，从而获取更大的重叠覆盖面积，即立体像对有效面积。首先，设计了一种采用地球椭球模型，并考虑地球自转以及卫星滚动方向机动的同轨双视/三视立体成像姿态规划方法。其次，为了缩减机动时间，以提高卫星单次成像可拍摄的区域长度，考虑执行机构力矩与角动量约束，设计了一种路径规划快速机动控制算法（Path planning Fast Maneuver Control，PFMC），即基于旋转轴不变约束的三轴机动的最短路径和角加速度连续路径规划以及结合角加速度前馈与内外环控制的快速机动算法。最后，以“吉林一号”卫星参数进行数学仿真，控制精度优于0.02°，稳定度优于0.001（°）/s，成像时长不低于10 s。在轨测试期间，获得了乌鲁木齐市的立体像对与数字表面模型，有效覆盖面积大于1 600 km²，双视成像的重叠率超过97%，验证了同轨双视立体成像规划与控制方法的可行性和有效性。

针对机械补偿式变焦光学系统难以同时实现大变倍比和轻小型设计的难题，提出了一种高倍率轻小型机械补偿式变焦光学系统的设计方法。为了降低高倍率变焦光学系统色差和球差的校正难度，对机械补偿式变焦光学系统的光焦度分配原理进行了理论分析。然后，提出采用平滑换根的“+，-，+，+”光焦度分配方式结合固定光阑口径变F数的方法，来实现大变倍比轻小型设计，并通过参数设定和光学设计软件联合解算的方法，快速有效地解算出较佳的初始结构参数。最后，使用全球面透镜设计了一款大变倍比轻小型的连续变焦光学系统，该系统的最大口径为67 mm，全长为190 mm。该变焦系统具有成像质量好、变焦曲线无拐点等优点。

为了实现吉林一号宽幅01星亚米级宽幅相机影像的高精度几何定位，建立了超多片TDI CCD机械式交错拼接推扫成像系统的严密几何模型，对严密几何模型进行了基于探元指向角模型附带片间几何定位一致性约束的在轨几何定标方法研究及验证。在推扫式光学遥感卫星成像原理基础上建立严密成像几何模型，通过将定标系数分解为内方位元素定标参数与外方位定标参数，并结合大幅宽超多片探测器机械交错拼接相机的成像特点采用附带片间几何定位一致性约束的分步迭代法求解定标系数。最后，利用参考数据进行了在轨几何定标，获得内外定标系数。结果表明：本文的定标方法及定标模型合理有效，能显著提升吉林一号宽幅01星亚米级宽幅相机影像的无控定位精度，内定标精度优于0.3 pixel，实现了超多片TDI CCD机械式拼接无缝拼接影像的生成，多光谱谱段间配准精度优于0.3 pixel，全色影像与多光谱影像具有一致的几何定位精度，无控定位精度优于20 m（CE90），带控定位精度优于2 m，满足1∶10 000的制图需求。

卫星传感器成像参数包括增益、积分级数、行积分时间等，需要在传感器成像前通过地面站指令上注，合理的成像参数设置是获取高质量遥感影像数据的重要前提。本文提出了一种基于气象预测数据的卫星传感器成像参数优化与计算方法，首先，根据成像链路模型，结合气象预测数据中能够较好反映地表状态变化的地表反照率数据，解算目标地物成像时刻天顶辐亮度；然后，利用传感器绝对辐射定标系数解算不同成像参数下对应的图像灰度；最后，根据图像灰度适宜的策略选取合理的成像参数。通过吉林一号视频04星推扫成像模式验证本文提出的算法对全色和多光谱谱段图像信息熵分别提升4.37%~23.71%，采用本文提出的优化成像参数可以有效改善卫星遥感影像的有效动态范围，满足高质量遥感影像数据获取需求。