航空遥感是一种从空中获取地面目标信息的遥感技术,具有机动灵活、探测范围广、时效性强等特点。近年来,通过推扫和摆扫方式成像的航空相机成为航空遥感的重要研究方向,如何保证航空相机指向精度及工作稳定性是其中的难点之一,也是保证航空相机成像质量的关键所在。航空相机零部件在加工和装配过程中存在的误差会对内部光学元件的安装定位精度造成不同程度的影响,进而导致光轴指向误差造成捕获图像的偏移甚至脱离捕获范围。此外,载机飞行过程存在的复杂振动势必会对航空相机内部光学元件之间的相对位置关系造成影响导致光轴指向抖动引起捕获图像的模糊和扭曲。因此,探明影响航空相机光轴指向精度的误差源,研究各项误差对光轴指向精度的影响规律及误差修正方法,开展振动对航空相机光轴指向和成像质量影响的分析与评价,对航空相机成像性能的进一步提升具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以实验室项目组自主研制的具有推扫功能的三轴时间延迟积分电荷耦合器件（Time Delay and Integration Charge Coupled Device,简称TDICCD）航空相机为研究对象,针对航空相机光轴指向误差分析、误差修正及振动对光轴指向和成像质量影响等方面存在的问题展开研究,具体工作如下:（1）开展三轴TDICCD航空相机光机系统设计。基于近距离TDICCD成像方案进行光学系统设计,确定航空相机基于推扫方式通过三个轴系的旋转实现大视场灵活成像的功能,进行光学元件支撑结构和旋转轴系结构设计,并根据伺服控制系统完成力矩电机和光电编码器的选型。（2）提出一种面向典型复杂光机结构的三轴TDICCD航空相机光轴指向误差分析方法,研究三轴TDICCD航空相机零部件加工装配过程中存在的误差对光轴指向误差的影响规律。将误差分为静态误差和动态误差展开讨论,通过拓扑结构分析基于齐次坐标变换和多体系统运动学理论构建三轴TDICCD航空相机光轴指向误差模型,建立各项误差与光轴指向误差之间的映射关系,明确光轴指向误差特性随各项误差的变化规律。（3）进行三轴TDICCD航空相机光轴指向误差修正研究。针对非线性误差对光轴指向精度的影响提出一种三轴TDICCD航空相机光轴指向误差半参数建模修正方法,通过光轴指向试验得到光轴指向误差数据并基于遗传算法进行模型参数辨识,最后开展航空相机光轴指向误差修正试验。试验结果表明本文提出的两种光轴指向误差修正方法均能大幅降低光轴指向误差,其中参数模型修正后的残余误差存在个体间数值差异较大的问题,而半参数模型修正后的残余误差相较于参数模型数值进一步降低且具有更好的稳定性,半参数模型的误差修正效果更加显著。（4）提出一种振动对三轴TDICCD航空相机光轴指向和成像质量影响的分析与评价方法,探究振动与航空相机光轴指向和成像质量之间的对应关系。基于光线追迹和齐次坐标变换对振动导致的航空相机光轴指向扰动轨迹进行建模,分析振动位移导致的光轴指向扰动轨迹变化规律,并基于统计矩建立振动引起的二维离散像移的调制传递函数求解模型,构建TDICCD振动仿真成像模型,通过光轴指向扰动轨迹、调制传递函数和仿真图像完成振动对三轴TDICCD航空相机光轴指向和成像质量影响的分析与评价,实现从光机结构振动响应到光学系统成像质量评价的全链路综合理论分析。（5）为验证本文提出的振动对三轴TDICCD航空相机光轴指向和成像质量影响的分析与评价方法,开展航空相机振动特性分析和振动试验。进行航空相机振动特性分析并通过锤击法模态测试验证分析结果的准确性,开展航空相机地面振动试验得到光学元件振动位移数据。试验结果表明三轴TDICCD航空相机在受到振动时捕获图像的成像质量与振动激励的大小有关,还与航空相机成像的曝光时刻有关。随着振动激励的增大航空相机光轴指向偏移量不断增大,振动调制传递函数明显降低,TDICCD仿真图像与原始图像的差异进一步加大。最后,开展航空相机振动成像试验,通过捕获图像与仿真图像对比验证本文提出的振动对三轴TDICCD航空相机光轴指向和成像质量影响分析与评价方法的准确性和有效性。本文围绕具有推扫功能的三轴TDICCD航空相机开展光轴指向误差分析、误差修正及振动对光轴指向和成像质量影响研究,提出三轴TDICCD航空相机光轴指向误差分析与修正方法和半参数建模修正方法,大幅提高航空相机的光轴指向精度,还提出振动对三轴TDICCD航空相机光轴指向和成像质量影响的分析与评价方法,实现振动对航空相机光轴指向和成像质量影响的综合理论分析,构建三轴TDICCD航空相机从光机结构振动响应到光学系统成像质量评价的完整分析链路。