采集高清图像是稳像技术的主要目的,为提高稳像平台位移分辨率、快速响应及抗干扰等性能,将压电致动器应用于光学稳像系统中,可以提高整个系统的定位精度及响应速度,引领稳像设备走向轻型化、智能化。本文依据杠杆-半桥混合式放大原理,设计了基于压电驱动的二维稳像机构,并将该机构应用于航空相机前像像移补偿中,达到了稳像的目的。主要研究工作如下:阐述了压电材料及压电叠堆的基本特性,利用杠杆-半桥混合式放大机构理论模型,基于UG设计了以压电叠堆为驱动的二维稳像机构。基于有限元方法,建立了二维稳像机构刚度模型,推导其刚度计算公式,计算出输入刚度为105 N/mm,输出刚度为9.5 N/mm,结果表明:一级杠杆处的刚度大,能保证压电叠堆输出平稳;半桥机构输出刚度小,利于稳像平台大行程的实现。基于动能、势能定理,计算出该机构的固有频率为160 Hz,与工作频率不等,证明该机构具备抗干扰能力。基于二维稳像机构三维模型,利用ANSYS Workbench对该机构进行静力学、动力学仿真分析,仿真结果表明:二维稳像机构可实现X、Y方向微位移定位功能,且进一步验证了该机构工作时不会发生共振现象。基于多目标参数优化设计,利用Design Exploration模块对直角型柔性铰链进行参数优化设计,验证了直角型柔性铰链参数设计合理。基于光学稳像原理,设计了应用于航空相机前像像移补偿的光学稳像系统,建立PID控制模型,使用MATLAB对系统进行仿真。仿真结果表明:整个系统在0.01 s后趋于稳定,能够达到稳像的目的。对二维稳像机构进行实验研究,结果表明:输入电压150V时,X、Y方向输出位移分别为103.9 μm、104.8μm;在低频环境工作下,X、Y方向输出位移变化量分别为1.2 μm、1.5 μm;X、Y方向最大输出位移耦合分别为7.3 μm、6.2 μm,不超过行程的7.5%。本文针对光学稳像技术的需求,设计了符合要求的压电二维稳像机构,验证了该机构应用于航空相机前像像移补偿中具有可行性,为光学稳像系统的实验研究提供有效的理论依据。