随着航天技术发展,世界各国对空间探索的需求不断增大,与之而来产生的空间碎片也在逐渐增多。大视场空间相机因为其分辨率高、视场范围大等优点成为了主要的天基目标探测方式。在大视场空间相机实际观测过程中,由于卫星自身在轨运动和二维转台运动,相机在成像时会出现像旋。特别是对于天基目标探测系统,在对暗弱目标进行探测时需要将相机的曝光积分时间变长,目标图像的像旋也就会变大,严重影响识别准确率,降低了大视场空间相机的效率。所以,有必要对大视场空间相机进行像旋补偿。本论文主要以空间碎片探测为背景,围绕大视场空间相机像旋补偿展开研究。首先介绍了像旋补偿的主要方式,分析各种像旋补偿方式的优点和缺点,并介绍了国内外像旋补偿技术发展现状,然后对大视场空间相机的像旋补偿机构进行研究。具体的研究工作从以下几个方面展开叙述:首先,对大视场空间相机的像旋进行分析与研究。通过齐次坐标变换法对像旋进行分析,建立了从地心惯性坐标系到相机像方坐标系的六个系统成像坐标系,并建立了各坐标系之间的变换矩阵方程。然后根据具体的轨道参数计算出大视场空间相机的像旋为±2′,并通过仿真分析像旋对系统的影响,确定了像旋补偿的性能指标。其次,完成对大视场空间相机像旋补偿系统的设计。以大视场空间相机为背景设计一套像旋补偿方案,选取压电陶瓷驱动器和电涡流距离传感器。像旋补偿机构的材料使用TC4钛合金,机构采用内外环的设计理念,内环与相机镜筒连接,外环与相机底座相固定,压电陶瓷驱动器驱动镜筒转动实现像旋补偿。像旋补偿机构内外环间连接部分为柔性铰链。本论文设计的像旋补偿机构具有无摩擦、体积小、无中心轴偏差等优点。然后,对大视场空间相机的像旋补偿机构进行分析计算与优化设计。本论文设计了双圆角直梁的对称式的柔性铰链,通过力学知识和卡氏第二定理对其柔度公式和精度公式进行推导,分析其运动性能。使用遗传算法,以所需的驱动力作为目标函数,空间尺寸、许用应力和像旋补偿机构的基频作为约束条件,对设计的柔性铰链单元进行优化设计,确定了像旋补偿机构柔性单元的最优尺寸。最后,对设计的像旋补偿机构进行性能分析。通过有限元软件进行仿真分析,将整个像旋补偿机构划分为413638个单元,由仿真结果分析可知,当系统发生±2′的像旋时,需要的驱动力为115N,内环最大位移为77.5μm,此时系统最大应力为65MPa,符合设计要求,然后对其进行约束模态分析,得到系统的最小固有频率为252.41Hz符合要求。最后加工实验样机对系统进行实验验证,将实验结果与仿真结果对比,结果表明二者误差小于5%,设计的像旋补偿机构符合系统要求。