凝视成像相对于光机扫描成像和推扫成像，可以提供更长的驻留时间，有益于提高信噪比，且凝视成像可以观测全视场内发生的现象，可以达到很高的时间分辨率，成像仪与二维指向机构结合还可以扩大观测范围。运行于地球同步轨道的凝视成像仪，探测器的积分时间可以不受速高比和地面分辨率的影响，而运行于低轨卫星平台的凝视成像仪，由于卫星相对于目标快速运动，目标在探测器上所成的像沿卫星运动方向存在着像移，此外，地球自转和飞行器的姿态变化等因素也会造成像移。像移造成图像的拖尾和模糊、分辨率下降，严重影响了成像质量，且成像系统分辨率越高，像移的影响就越严重。因此，要实现高分辨率成像，必须进行像移补偿。进行像移补偿的方法有很多，而基于指向镜的运动补偿视场大，可以与指向机构结合起来，连续观察动态目标，进而提供更长的驻留时间。因此本文采用基于指向镜的运动补偿方法对成像系统像移进行补偿。本文在分析像移速度计算和不同像移影响大小的基础上，根据成像系统参数确定了像移补偿要求，并给出了基于指向镜的运动补偿原理，确定了系统实现目标；研究了补偿伺服系统的设计，包括关键元部件的选型、伺服系统设计分析以及控制策略，确定了指向补偿镜和二维伺服机构的质量、惯量、面形和支撑方式等以及以永磁同步电机为伺服电机、光栅编码器为角度传感器、DSP为电机控制器的伺服系统方案，并利用MATLAB/SIMULINK对伺服系统三环性能进行仿真分析，确定了三环PID控制器的参数，仿真结果表明三环PID设计结果满足要求；最后以平行光管、二维转台和模拟目标搭建了地面试验模拟平台，分别对补偿伺服系统电流环的跟随性能、速度环的阶跃响应和匀速运动以及位置环的任意定位功能、重复定位精度、响应时间和动态精度进行测试分析，并对实际伺服系统的误差来源进行了分析，在此基础上，以分辨率板和液晶显示屏为模拟目标分别进行了分辨率板和地球影像成像补偿试验，并利用梯度函数、点锐度函数和MTF值对补偿前后的效果进行比较分析，并计算了像移残差。试验结果表明，补偿伺服系统定位精度达到了7’’，返回时间小于4s，动态响应时间只有32ms，俯仰维动态跟踪精度小于30’’，方位维动态跟踪精度小于20’’；成像系统具备沿轨补偿和穿轨扫描的功能，基于指向镜补偿的方法具有可行性。