提出一种顾及姿态误差时空变化的全谱段光谱成像仪（VIMS）定位精度提升方法。通过分析高分五号02星（GF-5B卫星）181 d的星敏感器低频误差规律，以分段傅里叶级数模型为基础，利用时序化、多空间补偿策略，统一了非基准与基准定姿模式之间的低频误差特性，补偿低频误差对影像几何定位的影响。研究结果表明，所提方法将VIMS可见光近红外影像无地面控制几何定位精度从4.274 pixel优化至1.867 pixel，且对不同时相、不同区域的光学影像均有良好的精度提升效果。

针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号（GF4）的可见光通道面阵成像载荷，基于成像模型中内外方位元素的相关特性，提出一种基于先验有理多项式（RPC）模型的在轨几何定标方法，以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像点为观测值，在初始的定标参数基础下重建精确的几何定标参数，实现卫星成像载荷系统性几何误差的补偿。本方法完全避免了传统在轨几何定标构建严格几何成像模型中复杂的辅助数据处理和多个成像坐标系统的转换，建模和解算均极为简单，且定标结果可直接应用于基于严格几何成像模型的地面处理系统。通过一组GF4卫星面阵载荷的真实影像数据实验验证了本方法的有效性和模型的合理性，结果表明：本方法可有效补偿成像模型中的系统几何误差，且得到定标结果与基于严格几何成像模型的传统定标方法几乎一致。

提出一种基于虚拟大相机的光学遥感卫星多相机系统成像数据的拼接方法,实现多相机影像的高精度拼接。该方法根据各单相机的几何成像模型,构建虚拟大相机的几何成像模型;利用坐标正算、反算过程对各单相机影像进行间接法几何纠正,得到虚拟大相机图像坐标系下的各虚拟单相机影像;将各虚拟单相机影像基于影像坐标信息拼接处理后得到最终的虚拟大相机影像。该方法利用虚拟大相机实现多相机影像的高质量拼接,为后期处理提供了与之相对应的高精度有理函数模型,可用于不同数量、不同分辨率的多相机系统实现全自动智能地面预处理。

针对当前影像几何定位时变系统误差难以补偿的问题, 提出一种基于傅里叶级数模型的时变系统误差地面补偿方法, 并采用几何定标场的数字正射影像图/数字高程模型数据进行精度验证。分析了2014年12月发射的遥感二十六号卫星的数据, 结果表明, 设计的时变系统误差地面补偿模型可以有效提高影像在无控点条件下的几何定位精度, 且补偿后的影像几何定位精度可以提高约40%。

卫星姿态精度是制约高分辨率光学影像几何定位精度的一个重要因素，针对当前卫星姿态数据处理精度不高且难以验证的问题，提出一种基于双向滤波整体加权平滑的高精度卫星姿态数据地面处理算法，实现了卫星姿态数据地面精细化处理，进一步采用几何定标场的数字正射影像图/数字高程模型数据进行精度验证。以2014年11月发射的遥感-24号高分辨率光学卫星为例，分析结果表明，本文设计的姿态数据处理模型是稳健可靠的，姿态数据相对精度可以达到0.8″，且基于地面处理姿态数据得到的全色相机无控制点条件下影像几何纠正精度可以达到15 m。

提出了采用目标区域互信息的测度方法对星图进行精确配准以解决星图中存在噪声、伪星点、星点稀疏以及星图间的旋转等问题。首先对星图进行图像分割, 检测出星点目标并对星点进行二值化处理; 然后基于互信息配准模型, 在含星点的目标区域上, 利用Powell算法将最大互信息作为目标函数来指导图像间最优变换参数的搜索。分析了适宜于互信息测度配准的星点分割算法, 并论证了采用目标区域互信息的星图配准的可行性。对提出的算法与标准的互信息配准算法进行了对比。结果表明: 提出算法的时间消耗与图像中星的数量有关, 在图像大小为1 000×1 000时, 提出算法的加速比为标准算法的3.4倍。该算法在星图中存在噪声、伪星点、星点稀疏和旋转的情况下仍能进行准确配准, 50组实拍星图配准误差平均值为0.138 2 pixel, 满足了星空图像对精确配准的要求。