在实现航空相机扫描成像过程中,应用最广泛的扫描方式是保持光学系统不动,通过旋转45°扫描反射镜成像,它具有其它几种成像方式不可比拟的优点。但在旋转45°扫描反射镜成像过程中会产生像旋,造成图像模糊,对比度下降,影响成像质量,严重时会产生信息丢失。因此必须对像旋进行补偿,常用的像旋补偿方法有光学消旋、电子消旋、机械消旋三种,光学消旋方法通常采用道威棱镜、K镜系统构成光学补偿系统,但道威棱镜由于受临界角、光学材料限制导致视场角较小且只能应用于可见光到近红外波段,K镜系统除了降低光学效率外还会增加相机的体积和重量。电子消旋方法会导致边缘视图缺失,且视图精度取决于旋转算法、插值算法的精度。相比而言,机械消旋方法具有高速、实时、便于安装和装调等优点,被高成像质量航空相机广泛采用。采用机械消旋法进行像旋补偿时,探测器与45°扫描反射镜的同步转动精度是影响像旋补偿结果的重要因素,如何提高两者间同步精度是实现航空相机高质量成像的关键。论文根据机械消旋原理,围绕着基于双向控制结构的航空相机像旋补偿技术进行了以下研究工作:分析了四通道双向控制结构像旋补偿系统的消旋原理,论证了内环补偿器是影响系统像旋补偿性能的关键,提出了基于鲁棒内环补偿器优化改进四通道双向控制结构像旋补偿系统的方法,在保证系统鲁棒稳定性下增强了干扰抑制能力,提高了像旋补偿精度。采用本文提出的设计方法可实现探测器与45°扫描反射镜同步转动位置补偿误差的最大值和均方根分别为0.001712°,0.000465°,与传统设计相比,补偿误差分别减小了45.86%、44.84%,提高了四通道双向控制系统的像旋补偿精度。为客观准确评价成像质量,提出了基于动态调制传递函数评价航空相机双向控制结构下像旋补偿精度的方法。首先,基于极坐标体系,提出以法线方向和切线方向上的空间频率描述系统成像性能的动态调制传递函数,然后,基于旋转运动分析像旋补偿误差对系统成像质量的影响,得出具有普遍意义的旋转动态调制传递函数,建立了旋转运动系统成像质量与其他控制指标的直接关系;最后,提出基于倾斜刃边法与模糊路径法相结合的测量方法,测量图像调制传递函数,验证旋转动态调制传递的正确性和模糊路径法的准确性。旋转动态调制传递函数可用于预估和评价像旋情况下成像质量的优劣,并对航空相机双向控制结构像旋补偿设计具有理论指导意义。