大型反射面天线广泛应用于战略预警、深空探测、射电天文等领域。随着天线口径的增大和工作频段的提升,对天线指向精度的要求日益提高。与此同时,天线口径的不断增大导致结构的刚度不断下降,指向性能受服役环境的影响也越来越大。因此如何有效保障服役环境下的反射面天线的指向性能是制约天线性能提升的一个关键问题。针对这一问题,本文围绕反射面天线指向性能的监测和补偿两个方面展开研究,具体内容包括:首先,提出了基于指向灵敏度的有效独立法,实现了面向指向性能监测的传感器布局优化,为反射面天线指向性能的监测补偿奠定了基础。本文推导了天线主反射面不同位置的变形量对指向误差影响的灵敏度矩阵,并以此对Fisher信息矩阵进行修正,从而建立了基于指向灵敏度的有效独立法。同时在空间分布-有效独立法的基础上,考虑了空间夹角的影响,并以此重新定义了二元邻接矩阵的表达式,建立了空间分布-有效独立法修正方法。其次,建立了传感器数量优化模型,并结合本文提出的传感器布局优化方法,提出了面向指向性能监测的传感器综合优化方法,实现了对反射面天线指向性能的准确监测。本文根据空间插值分析理论,通过传感器采集的变形量重构了主反射面变形量。通过将变形量重构的总误差作为目标函数建立了传感器数量优化模型,并结合传感器布局优化方法,建立了面向指向性能监测的传感器综合优化方法。仿真分析结果表明:通过综合优化后的传感器方案获取的指向误差与仿真值偏差在5%以内。然后,建立了基于指向监测的前馈-反馈控制模型,实现了对天线指向误差的有效补偿,为反射面天线指向性能保障提供了新的方法。本文在反馈控制的基础上,引入了前馈控制,建立了前馈-反馈控制。并针对前馈补偿不准确的问题,将传感器监测结果作为前馈控制输入,提出了基于指向监测的前馈-反馈控制方法。66米口径天线的仿真对比分析结果表明:在平均风速为10m/s的环境中,相比于传统的PID控制,基于指向监测的前馈-反馈控制方法的最大指向误差降低了86.6%,指向的均方根误差降低了82.6%。最后,研制了天线指向误差监测补偿虚拟样机,并集成了传感器优化布局、天线伺服控制系统建模、控制效果仿真分析等功能,实现了传感器优化布局方案的快速求解和伺服系统控制性能的高效分析。