虚拟样机是多领域的数字化模型的集合,能够体现物理产品的所有关键特性,可以代替物理样机进行试验。虚拟样机的出现为航天遥感器的研发提供了一条新的技术途径。虚拟样机是复杂的模型系统,无论虚拟样机的理论还是应用都还存在很多需要研究的问题。论文探讨了虚拟样机技术的内涵,对虚拟样机建模仿真中的关键技术问题以及虚拟样机在航天遥感器研发中的应用方法进行了深入研究。提出了层次建模方法和基于层次建模的异构模型集成方法,给出了虚拟样机模型架构,建立了虚拟样机元模型。解决了异构模型集成和模型的统一描述问题。提出了基于流程的虚拟样机仿真驱动方法。分析了仿真流程的构成,设计了仿真流程运行规则,开发了仿真流程驱动软件。该方法为分布式网络环境下异构模型的协同仿真提供了一个较好的解决方案。提出了模型全生命周期管理方法、基于资质的扩展ARBAC(Administrative Role-based Access Control)访问控制方法,研究了工作流管理方法,设计并开发了虚拟样机分布式集成开发软件平台。该平台可支持虚拟样机建模仿真的全过程,有助于消除信息孤岛、提高信息利用率、降低信息使用成本、加快虚拟样机开发进度。从系统工程角度给出了基于虚拟样机的航天遥感器性能分析方法,并运用该方法完成了遥感器的热工况分析。以光学成像遥感器为对象,建立了遥感器虚拟样机,分析了太阳辐射引起的非均匀温度场以及由此导致的镜面畸变。进而分析了存在镜面畸变时遥感器的光学性能,并与理想情况下遥感器的性能作了对比。仿真结果表明,遥感器的光学性能对径向温度梯度不敏感。提出了基于虚拟样机的航天遥感器多学科设计优化方法,完成了航天遥感器主镜轻量化的多学科设计优化。针对虚拟样机仿真分析计算量大、学科模型之间难以解耦的特点,选择了多学科可行法优化策略。给出了多性能指标的综合评价方法。利用均匀设计和多项式响应面近似减少计算量,通过逐步增加试验点并改用神经网络响应面提高求解精度,以较小的计算代价获得了较好的优化效果。论文为推动虚拟样机建模仿真理论研究、促进虚拟样机在航天遥感器研发中的应用奠定了一定基础。