大型光学望远镜在气象预报、地球资源勘测、环境检测、天文观测、军事侦察、空间态势感知等诸多领域有着重要应用。根据瑞利判据，光学成像系统区分远距离目标的能力——角分辨率——随系统口径的增大而提高。但质量、体积、成本、运输载荷等的限制，使得无限制增大系统口径难以实现。为了克服这一问题，A.B. Meinel在1970年提出了合成孔径望远镜的概念。通过干涉技术以及对多个小孔径系统的使用，合成孔径成像系统的爱里斑比单孔径系统更窄，起到了提高系统空间角分辨率的作用，同时避免大大增加系统的体积、质量和成本，并且能够进行模块化的设计和装调，极大地简化了系统的维护运营工作，是高分辨成像的主要发展方向之一。

光束合成误差是影响合成孔径系统成像质量的主要因素，而倾斜误差作为其中的低阶像差，对成像的影响尤其突出。倾斜误差主要由系统装配、载体抖动、执行器蠕变、热漂移和大气湍流引入，该误差会使得本应会聚于焦面上同一位置的各子光斑发生偏移。此时，无法完全重合的衍射斑将导致系统的干涉性能下降，因此倾斜误差校正是合成孔径成像技术的关键问题。本文以合成孔径成像系统的倾斜误差校正为课题，将Fizeau望远镜系统作为研究对象开展研究。

倾斜误差校正包含两部分研究内容——倾斜误差探测与控制策略研究。在对现今已有的倾斜误差探测技术的调研中发现，实时探测全视场范围下的倾斜误差是需要攻破的一大技术难点。相位差法仅能实现λ/8 内的误差探测。当倾斜误差较小时，子光斑已然在像面上部分重叠，此时ELASTIC算法失去了探测能力，而偏移探测法又需要复杂的光学硬件对倾斜误差进行解耦。考虑到偏移探测法具有计算量小的优势，本文在其基础上做出改进，提出了离焦倾斜探测法。离焦倾斜探测法通过在系统整个光瞳面引入离焦像差的技术，对各个子孔径的倾斜误差进行解耦，摆脱了光学硬件限制。无论是从物理光学的角度，还是根据几何光学原理，本文均证明了离焦倾斜探测法的可行性。同时给出了相应的图像处理算法，使得系统在光斑已经发生干涉的情况下，仍能不受孔径数目限制地解算各个子孔径的倾斜误差。

控制策略的选择决定着系统的校正精度和带宽。本文在调研了目前的合成孔径成像系统的控制方案后，选择了集成度高、尺寸小、分辨率高、噪声低且可数字传输的电荷耦合设备作为传感器；采用了快速反射镜作为执行器，通过调节光束指向的方式进行倾斜误差校正，并且选择了尺寸小、惯量小、谐振频率较低的压电陶瓷作为驱动方式；选择了经典、简单、有效的基于负反馈控制结构的 PID 控制器作为倾斜误差校正的控制算法。

为验证基于离焦倾斜探测法的倾斜误差校正技术，本文搭建了一个七孔Fizeau望远镜实验平台，进行了一系列实验。实验结果表明，离焦倾斜探测法能在光斑干涉的情况下准确提取光斑位置信息，解耦计算各子孔径的倾斜误差。开闭环对比实验结果表明，闭环状态下的倾斜误差至少减少了51%，甚至能达到81%，并且闭环实时校正精度满足成像需求（斯特列尔比不低于0.98）。由此可见，本文提出的基于离焦倾斜探测法的倾斜误差校正技术使得合成孔径成像系统在校正倾斜误差时不仅能够保证实时控制，且不受误差范围和复杂光学硬件的限制，推动了倾斜误差校正技术的发展。

然而，实验结果的幅度频谱密度分析表明系统仅能实现低频的倾斜误差校正，无法校正由平台抖动引入的中高频误差。这是因为本文采用的控制算法带宽严重受限于系统延时。因此为提高抑制带宽，本文提出了将复合控制技术引入合成孔径成像系统的方案，通过惯性传感器探测平台抖动，设计前馈控制器以消除扰动对系统的影响。根据复合控制的理论研究和仿真分析，如何解耦构造精确的扰动传递函数是技术关键。

除了实验室平台的中低频误差，基于运动载体的合成孔径成像系统还需校正更高频的由载体抖动引入的倾斜误差，因此复合控制技术是未来工作的研究重点。除此之外，离焦倾斜探测法在实际应用中需要手动校准系统光轴，事先标定参考信号，因此如何实现合成孔径成像系统的自动光轴校准技术是后续工作的另一重点。