随着我国空间信息科学的不断发展,光学遥感卫星的机动性及其获取的影像的分辨率均在不断提高,在十三五规划中,分辨率优于0.5m、具备动中成像能力的超高分辨率敏捷光学卫星(Agile Optical Satellite,AOS)的研制已经提上日程。敏捷光学卫星由于其高机动,高分辨率的特点而被广泛应用于立体测绘、目标侦查、灾害预警等领域,可以为相关用户提供精细化、高时间分辨率的影像数据。对于现阶段的敏捷光学卫星的应用需求而言,如何在“看得清”的基础上,使其“测得准”已成为充分发挥卫星影像性能和应用潜力的一个关键问题。在轨几何定标作为提高光学卫星影像几何精度、保证其几何质量的一项重要手段已经被广泛应用于国内外众多卫星载荷的几何处理中。然而,传统的在轨几何定标方法严重依赖高精度的几何定标场参考数据,进而造成传统方法存在成本高、时效差的固有问题。此外,这种方法通常要求定标场参考数据的分辨率要高于待标定的影像的分辨率,这无疑限制了该方法对于0.3m甚至0.1m分辨率的卫星的适用性,而参考数据的获取通常采用航空摄影的方式,此时参考数据与卫星影像数据之间的异源数据的匹配误差同样会影响后续几何定标的精度。针对传统在轨几何定标方法的不足,本文围绕基于交叉影像的敏捷光学卫星无定标场在轨几何内定标展开研究,在建立的基于探元指向角的定标模型的基础上,采用光束法平差的方式实现内参数的高精度解算。实验结果表明,本方法可以有效的标定内参数模型的系统误差,为敏捷光学卫星的定标提供一种切实可行的方法,本文的成果同时也对后续国产敏捷光学卫星平台的设计具有参考价值。本文主要的研究内容和创新点如下:1)系统性地分析了敏捷光学卫星几何误差,从而实现对于误差参数的模型化,并构建相应的误差补偿模型,从而为后续定标模型的构建打下基础。2)建立附加高程约束的交叉成像几何定标模型,解决了由于交叉影像对之间参数相关性造成的法方程秩亏和参数解算不收敛的问题,保证了在轨几何定标的精度。3)研究了定标参数的稳健求解方法,提出了同名像点的权值更新策略,在同名光线的交叉约束和参考DSM数据的高程约束下,利用最小二乘方法实现各未知参数的稳健估计。4)使用仿真数据对于本文提出的方法进行了验证,实验结果表明本文的定标模型、方法可靠有效,能够大幅度提升光学卫星影像的几何精度,从而降低后续的处理难度和成本。