针对现有描述星点能量分布的高斯模型的局限性, 基于恒星辐射特性和星敏感器的成像特性, 提出了改进的偏正态分布恒星成像模型, 并确定其关键参数向量.根据星敏感器对恒星成像为平稳随机过程的特点, 设计了Kalman滤波器迭代估计星点像斑特征, 提取四个星点像斑特征量, 建立状态空间, 得到特征量在最小二乘意义下的最优估计值, 以此作为参考基准, 利用查表法实现星点成像模型参数寻优求解.地面观星实验结果表明, 基于Kalman滤波可以快速有效地对实测星点像斑特征量进行估计, 相对于高斯模型, 改进的偏高斯模型对星点像斑能量分布的仿真精度更高.

针对传统方法难以实现全波激光雷达数据中非对称波形分解的问题, 本文提出一种结合可变分量偏正态模型和可逆跳马尔科夫链蒙特卡洛(RJMCMC)算法的波形分解方法。首先, 利用能量函数刻画服从偏正态分布的理想波形与实际波形间的差异程度, 并用Gibbs分布定义其似然函数; 然后, 定义理想波形参数模型的先验分布; 在贝叶斯定理框架下, 建立具有分量可变性的波形分解模型; 设计RJMCMC的移动操作, 确定偏正态分布中的分量数以及求解模型参数。利用提出算法, 对不同波形特征(偏态、正态)的ICESat-GLAS全波激光雷达数据进行可变分量分解实验。实验结果表明: 实验波形结果与实际波形数据相关系数达到0.989以上, 所提方法不仅能够同时实现对偏态数据和正态数据的拟合, 还能更为准确地确定波形分量数。证明了该方法能实现全波激光雷达数据的精确分解, 且分解结果与对应地物高程信息相符。

为了解决星点在实际成像过程中能量分布的偏正态分布问题，提高星点中心的定位精度，提出了基于偏正态分布模型的点扩展函数（PSF）相关算法。该算法根据实际星图中星点的能量分布特征，建立与之相对应的 PSF，利用相关的原理，找到与星点能量分布相似度最高的 PSF，通过确定对应PSF的最大值位置实现对星点中心的定位。实验结果表明，在星图噪声为N(0,0.001)的仿真条件下，且星点中心在1 pixel 内随机分布时，偏正态 PSF 相关法的星点中心平均定位精度可达到0.04 pixel，远小于质心法0.4 pixel和高斯曲面拟合法的1.03 pixel。由实验结果可知，该算法定位精度高于质心法和高斯曲面拟合法，具有较好的抗噪声性和稳定性，提高了星点中心定位精度。

为了得到一种有效的高精度星点提取算法，直接将高斯分布作为星敏感器星像能量分布的做法已经不能满足实现甚高精度星敏感器的要求，因此必须研究实际星敏感器星像能量分布模型。使用了偏正态分布来描述高精度星敏感器星像能量分布，设计了仿真实验和测量实验来对比两种模型的拟合效果。仿真实验和测量实验结果均证明，偏正态分布更加接近星敏感器星像分布，研究成果可以应用于星敏感器精密视场校正算法的研究。