高分辨率光学成像是全球对地观测技术发展的一个重要趋势,也是我国卫星遥感事业发展的主要方向。高分辨率光学卫星影像的内部和外部几何质量对于数据的深加工处理和多场景应用至关重要。本文总结归纳了国内外卫星影像几何处理领域的研究进展,在全流程成像系统误差分析的基础上,提出了一套影像几何精准处理的关键技术与方法。本文提供了各关键技术方法详细的模型算法设计和解算流程。首先,针对品字形机械交错式成像传感器进行松弛法在轨几何定标,采用改进的共轭梯度法区域网平差分别求解内定标和外定标模型参数：然后,在几何定标和定标后影像的直接定位中均考虑卫星平台姿态高频颤振的检测与补偿,通过分时成像数据或高频角位移数据进行姿态和定位精度优化；最后,在几何定标和颤振补偿的基础上,进行顾及大倾角成像和地形起伏定位补偿的严密成像模型几何纠正,以及基于线特征和广义点策略严格变换模型的高精度几何纠正。具体而言,本文的研究工作主要包括如下5个方面：(1)提出了多景多TDICCD品字形机械交错式成像传感器高精度在轨几何定标方法。为在保证几何定标精度的前提下尽可能地降低参数间的相关性,对几何定标模型进行进行优化设计,内定标采用基于指向角模型的分片定标法。在卫星姿态、轨道数据含权值估计的多项式逐点拟合的基础上,充分利用多景影像间和多TDICCD片间的重叠连接关系,构建含约束条件的几何内定标和外定标误差方程,采用松弛法区域网平差交替迭代解算。该几何定标方法能有效且稳定地消除成像系统各类系统误差,降低影像的内部几何畸变并提高绝对定位精度。(2)提出了基于改进不完全Cholesky分解预处理的共轭梯度法区域网平差方法,应用于高精度在轨几何定标模型的平差解算。采用变分法对共轭梯度法区域网平差进行理论推导和预处理矩阵的优化设计。在松弛法几何定标的每轮迭代中,提出采用基于改进预处理方法的共轭梯度法进行内定标和外定标区域网平差的详细解算流程。该方法能在保证平差精度的前提下,优化法方程系数阵的结构,显著提高几何定标计算效率且具有良好的稳定性。(3)提出了基于分时成像影像和角位移设备高频测姿数据的卫星平台高频颤振检测与影像直接定位补偿方法。分别利用多谱合一成像的多光谱影像和品字形机械交错式拼接成像的全色影像,采用密集匹配生成配准误差曲线和CCD拼接错位曲线,通过多正弦函数拟合构建高频颤振模型,并应用于基于探元指向角的严密成像几何模型直接定位补偿；利用角位移高频测姿设备,研究了基于高频角增量数据的预处理和颤振检测方法,分析在俯仰、翻滚和偏航方向的相位和频谱颤振规律,并应用于严密成像几何模型直接定位补偿。(4)提出了一种顾及大倾角成像模式直接定位补偿的高分辨率光学卫星影像高精度严密几何纠正方法。为解决影像在大倾角成像条件下几何精度下降的问题,本文系统地分析大倾角成像的几何特点,并定量研究了大倾角成像、姿态角误差和地形起伏导致的影像地面分辨率变化和直接定位精度变化规律。在严密成像几何模型反解法的基础上,利用控制数据构建含大倾角成像像点误差补偿的严密几何纠正模型,并对纠正影像进行分辨率归一化处理。该方法能有效消除倾斜成像定位精度的损失,提高影像的内部和外部几何质量。(5)提出了一种基于线特征矢量控制和广义点策略的严格模型高分辨率光学卫星影像高精度几何纠正方法。首先,采用广义点策略构建基于线特征的严格变换模型；然后利用基于线特征的六参数变换模型进行模型参数的预处理,并通过最小二乘整体平差方法解算参数的精确值。最终提供基于线特征的严格变换模型的高精度几何纠正流程,能够有效顾及卫星成像倾角和地形起伏的影响。本文进一步研究了控制线的类型、数量、水平和高程分布情况等因素对模型精度的影响,为合理选择控制线和优化几何纠正精度提供有益的技术参考。本文采用我国天绘一号卫星和遥感系列光学卫星影像以及美国IKONOS和GeoEye-1卫星影像进行实验比较分析。验证本文方法能够充分挖掘成像系统的定位潜能,有效改善常规和敏捷多成像模式下的影像几何质量,并且具有良好的稳定性和计算效率,能够为卫星数据处理系统建设和多层次应用提供技术支撑。