随着航空航天技术的发展,使用光学遥感卫星对地观测越来越普遍。卫星事业发展对国家发展至关重要,国家对卫星事业发展寄予厚望,投入了大量资金。为了尽可能保障卫星在轨运行时各部分功能的正常运行,需要在卫星上天前进行地面仿真实验,对上天后可能获取的影像质量进行准确评估,优化设计参数以获得更高质量的影像。本文研究了光学遥感卫星在轨成像基本原理,建立了光学相机成像几何模型,针对遥感卫星不同成像模式的成像特点,基于Visual Studio平台构建了多模式卫星成像仿真系统,进行了成像系统半物理仿真实验。本文具体工作及创新点如下:1、研究了卫星成像过程,对成像过程中涉及到的多个坐标系之间的转换关系做出了推导。以共线方程为基础建立了成像几何模型,计算了像素矢量在不同坐标系下的表示形式,实现了像点在地球模型上的定位。介绍了用于图像质量评价的MTF方法,结合具体情况确定了本文所用的计算方法。2、进行了凝视视频成像设计与验证。进行了凝视过程俯仰角和横滚角的姿态规划,实现了特定区域的动态观测;为解决成像过程中出现的图像旋转现象,基于成像过程中地面成像区域内任意矢量转换到本体系内后与像面坐标轴之间夹角保持不变原理,创新性的进行了偏航角规划。针对凝视成像特点,对平坦区域成像时提出了传统仿真方法与二维拉格朗日结合的快速仿真算法。最后利用刃边法对仿真图像进行了MTF分析。3、针对目前应用最为广泛的传统推扫成像模式,分析了TDICCD成像特点,研究了积分级数和姿态颤振对成像质量的影响。在此基础上,研究了新一代高效成像模式——非沿轨成像,分析了其成像原理以及成像过程与传统推扫成像的区别。进行了非沿轨靶标成像分析,利用刃边法计算了不同积分级数下的MTF曲线。针对偏航角有姿态误差的情况,分析了不同颤振幅值、不同颤振频率的颤振对图像MTF的影响。4、对仿真时所用的原始图像源进行了预处理。针对单幅图像源尺寸大,计算机难以一次性读取的问题,根据原始图像特点进行了分块切割、图像编码等工作。5、基于上述研究,进行了成像仿真系统的搭建。仿真系统软件部分基于Visual Studio开发平台,使用C++语言设计了仿真系统软件平台,选取不同参数即可进行不同成像模式仿真。为实现与姿轨控平台通信,采用UDP协议构建通信链路,通过Socket接口实现通信功能,并利用多线程技术实现系统不同功能模块独立工作,保障通信过程准确高效不受干扰。采用Camera Link高速图像接口实现与图像处理板卡互连,将已获取的特定场景图像序列注入硬件数据链路,满足不同硬件接口的图像处理系统算法调试的需求。综上所述,本文以设计搭建卫星成像仿真系统为目的,重点对凝视视频成像、传统推扫成像、非沿轨推扫成像三种成像模式进行了仿真研究,包括对成像过程姿态规划、像点与物点对应定位、原始图像处理、仿真图像生成、图像质量评价等。论文的研究成果对发展成像仿真平台,促进仿真技术工程化、集成化具有十分重要的意义。