随着卫星技术的发展，三轴稳定平台+二维扫描的方式由于其扫描效率等方面的优势，逐渐成为了各国地球同步轨道遥感卫星的发展方向。其中的二维扫描系统，对于提高扫描效率、扩大观测视场、灵活地实现特定区域的扫描和观测等都至关重要，是地球同步三轴稳定遥感卫星的关键部件。　　空间二维指向系统，包括指向镜、二维转动轴系和相应的支撑结构，是一个复杂的机械系统。本文先对一个空间遥感仪器上的二维指向系统的扫描特性进行了分析，研究了选定的扫描方式对指向镜设计带来的问题，比较了各种材料和结构形式对指向镜机械性能的影响，最终设计出了满足要求的指向镜。在分析了二维轴系的设计要求的基础上，本文对轴系各部件进行了详细的设计。利用CAE技术对轴系的关键部件进行了优化设计，通过逐步地优化，得到了满足刚度、质量和工艺性要求的二维轴系结构。　　为研究在空间恶劣的温度环境下指向镜的镜面面形变化，本文对热学和力学的集成分析进行了探索，研究了热学模型与结构模型的温度映射问题。最后通过对指向镜进行地面温度试验，模拟了指向镜在空间的温度场分布，得到了指向镜在相应温度场下的面形变化，并与仿真结果进行了对比。　　在指向系统设计完成的基础上，本文使用CAE技术建立了有限元模型对其进行了模态分析。在此基础上，对指向系统进行了频率响应分析，得到了各关键部位的加速度响应曲线。对指向系统物理样机的地面振动试验表明响应频率的仿真结果和试验值平均相差在10％左右，且振动前后系统的机械性能变化很小，证明指向系统是满足实际振动要求的。　　对于指向系统这种运动部件，本文探索性地引入了多体动力学的分析方法。通过建立指向系统的多刚体模型，分析了指向运动过程中角度、角速度和驱动力矩的变化；进一步地，使用刚柔混合模型研究了轴系的柔性对指向运动的影响，结果表明在当前的指向运动模式中，指向系统轴系的柔性不会对指向运动造成影响，其刚度是足够的。