卫星相机是光、机、电一体化的技术高密集型的复杂系统，涉及光学、机械学、电子学、计算机、控制理论、飞行动力学等多门学科，其开发和研制是一个巨大的工程，往往需要构造一个实际的卫星相机测试系统，该测试系统的建立不仅耗费大而且周期长。卫星相机建模和仿真是卫星相机测试系统的有力替代研究方法，与实际的测试系统相比它具有快速、廉价、准确、灵活的特点。本课题拟研制一套高速高分辨率卫星相机虚拟仿真系统，用于辅助卫星相机的设计、开发、研制、测试和性能评估。　　本文内容主要包括五部分：1.建立了TDI行扫描相机光学通道数学模型；2．建立了TDI CCD传感器的数学模型；3.建立了TDI行扫描相机电子学系统数学模型；4.提出一套TDI CCD亚像元动态成像系统设计方案；5.给出了TDI CCD亚像元动态成像系统调制传递函数(MTF)的准确分析与计算。　　本文首先建立了TDI行扫描相机光学通道数学模型，给出了卫星相机在高空对地面景物动态扫描成像时，从地面景物到图像传感器的点对点的对应几何投影和能量传递关系，对于确定的成像系统，给定地面景物和光学系统的参数，就可以确定对应图像传感器上的离散图像，该离散图像可以作为TDI CCD图像传感器对应的输入信号。　　TDI CCD是一种特殊的CCD图像传感器，本文通过详细分析其内部结构和工作原理，建立了TDI CCD传感器的数学模型，给出了其输入光照度和输出模拟视频信号之间的数学关系；　　基于TDI行扫描相机光学通道模型和TDI CCD传感器模型，本文建立了一个TDI行扫描相机的数学模型,该模型主要包括成像过程必不可少的三部分：TDI行扫描相机光学通道模型；TDI CCD图像传感器模型以及相机电子学系统模型。相机电子学系统模型包括前置放大、直流恢复、相关双采样（CDS）、增益放大、A/D转换等电路的建模。为了验证模型，本文给出了基于PSpice软件的计算机仿真，实现了对一幅原始图像的再现，并给出了再现图像与原始图像的性能指标比较。通过对多幅图像的仿真说明所建模型的正确性。　　为了实现卫星相机的小轻型和高分辨率的要求，本文提出一套TDI CCD亚像元动态成像系统设计方案,亚像元动态成像技术是国际上目前实现遥感器小型化非常有效的新方法。本文将亚像元动态成像技术引入高速TDI CCD相机中，通过特殊设计的光学拼接方法，使得相机可以同时得到两幅在x轴和y轴方向上各错开半个像元的图像，之后通过实时或后续图像处理方法重建高分辨率图像。亚像元动态成像技术可以保证在CCD器件尺寸及相机焦距不变的情况下，使相机的空间分辨率提高将近一倍，为了验证方法的有效性及比较各种差分插值方法的效果，本文对一幅卫星图像进行了仿真验证。同时，通过对成像系统的调制传递函数(MTF)的分析计算，从理论上证明该方法可以将成像系统的空间分辨率提高到1.6倍。　　本文建立的TDI行扫描相机的数学模型和仿真模型，可以用来辅助TDI行扫描相机电子学系统的设计，如评估电子电路性能，分析电子电路中噪声和扰动信号等；可以用来研究工作条件（如姿态、线扫速率等）改变对成像质量的影响；可以用来研究各种图像处理方法，如亚像元技术、超分辨率图像重构技术等提高图像分辨率的图象处理方法；本文建立的TDI行扫描相机模型可以用来发展一个实用的虚拟相机仿真系统；另外，本文给出的TDI CCD亚像元成像系统设计方案,对于减小遥感器的体积和重量，提高图像的空间分辨率和图像质量具有重要的意义。