伴随信息时代的到来,人类对空间的利用需求越来越大,天基空间目标探测识别技术将大幅度提高人类对外层空间的了解。天基空间目标探测技术的核心在于高分辨率、高效率、高可靠性,因此目前对空间相机的分辨率以及视场范围的要求也越来越高。然而,天基空间目标探测系统在成像期间,卫星平台自身的运动、空间相机的转动等因素,会造成天基空间目标探测系统光轴的变化,从而引起像旋,严重降低图像的分辨率与可靠性,所以必须配备相应的像旋补偿系统。本课题对天基空间目标探测系统的像旋进行了定量分析,并对相应像旋补偿机构进行了设计与分析。主要工作有以下几个方面:1.天基空间目标探测系统的像旋分析。利用齐次坐标变换法建立了天基空间目标探测系统的成像坐标系,结合姿态动力学建立了天基空间目标探测系统的像旋数学模型,通过MATLAB计算仿真,定量的分析了天基空间目标探测系统所存在的像旋,为像旋补偿机构的设计指标的提出提供了依据。2.小型化像旋补偿机构设计。为了解决传统像旋补偿机构体积、重量大的缺点,对天基空间目标探测系统的小型化像旋补偿机构进行了研究。根据天基空间目标探测系统的像旋分析,提出了像旋补偿机构的设计指标。针对天基空间目标探测系统的尺寸要求,提出了像旋补偿机构的设计方案,并对像旋补偿机构的材料与驱动元件进行选型,设计了传动机构,3.像旋补偿机构的柔性单元设计。针对传统传动机构误差较大、存在空回的缺点,基于柔性铰链设计了新型柔性单元,该柔性单元结构具有结构简单、可靠性高等优点,并通过分析各结构参数对柔性单元的影响,建立了柔性单元的形变数学模型,进行了有限元仿真验证。运用所推导的数学模型,提出了柔性单元的设计方案。4.像旋补偿机构的仿真验证。基于柔性单元设计方案及驱动机构的性能完成了像旋补偿机构的设计,通过有限元仿真分析,对像旋补偿机构的机械性能进行了评价,并基于天基空间目标探测系统的成像坐标系对像旋补偿机构的精度进行了分析。本文完成了大视场空间光学系统的像旋分析及像旋补偿方式的研究,拓展了柔性铰链的使用范围,为小型化、高精度的像旋补偿机构设计提供了新思路。