半捷联航空遥感稳定平台因体积小、重量轻、成本低,在航空遥感稳定平台中具有重要的应用价值;然而,因其指向和消旋角精度相对较低,而一直未曾得到实际应用。本文以提高半捷联航空遥感稳定平台的指向和消旋角精度为目的,对稳定平台的稳定原理及误差进行了分析,对影响精度的结构刚度和传动间隙进行了结构优化研究,最后通过实验室检验和外场试飞实验,对指向精度的指标进行了验证。论文首先分析了半捷联航空遥感稳定平台的结构形式;采用坐标变换方法对稳定平台的POS信息和框架角度传感器信息进行融合,得到稳定平台框架间的速度耦合关系;分析了隔离载机扰动机理,解算出光轴在惯性空间的稳定方程。在分析半捷联航空遥感稳定平台的误差来源的基础上,基于多体系统运动学理论误差建模方法,根据指向误差和消旋角误差的定义,建立了稳定平台指向误差和消旋角误差的模型;利用MATLAB软件,分析了垂直度误差和传动误差引起的指向误差和消旋角误差。当三轴垂直度误差均为1′时,引起指向误差达110〃,消旋角误差达80〃;当三轴传动误差均为1′时,引起指向误差达111〃,消旋角误差达90〃。分析结果表明,轴系垂直度误差和传动误差对指向精度和消旋角精度有较大影响,有必要对其进行针对性的优化设计。为减小轴系垂直度误差,对其结构框架变形带来的轴系垂直度误差进行了优化;建立了基于变密度法的拓扑优化数学模型;基于有限元法对结构框架进行了拓扑优化分析,求解出最优的结构拓扑形式,并建立了框架初始结构,对其进行了静力学分析,得到框架变形量;并对结构框架变形带来的轴系垂直度误差以及引起的指向误差和消旋角误差进行了分析。经过拓扑优化后,在确保结构刚度和指向精度条件下,框架结构总质量减小33%,框架的垂直度误差分别达到0.25mrad、0.18mrad、0.18mrad、0.15 mrad,引起指向误差0.26mrad和消旋角误差0.18mrad。分析结果表明,基于变密度法拓扑优化方法,改善了框架结构材料的分布,减轻了结构的重量,有利于稳定平台精度和性能的提升。为消除轴系间的传动误差,设计出了一种动态消除齿轮传动间隙的结构,并建立了动力学模型,运用NX软件仿真分析了在载体振动环境下刚度和阻尼对系统响应的影响,给出了合理的弹簧刚度和滑轨摩擦系数;并对齿轮动态消隙结构的传动误差及引起的指向误差和消旋角误差进行了分析。经过齿轮动态消隙后,三轴系的传动误差均为0.04mrad,引起指向误差0.05mrad和消旋角误差0.04mrad。结果表明,利用动态响应分析可以得到系统设计的局部最优参数,有利于减小传动间隙,提高稳定平台的指向和消旋角精度。最后,建立了半捷联航空遥感稳定平台系统实验平台;通过采用反射镜法,实现对平台零位误差的标定;之后,对平台进行了测角精度和稳定精度的检测以及外场试飞实验,平台的稳定精度小于0.9mrad,指向误差小于1.4mrad,实验结果验证了理论与仿真分析的正确性。