高时效、高分辨率的热红外遥感影像是研究人类痕迹精细刻画,地表特征反演、资源勘查、及海洋生态监视等领域的重要资源。CASEarth小卫星是我国“地球大数据科学工程”专项支持的首颗卫星,其搭载的核心载荷红外热像仪可获取地表300Km幅宽30m分辨率的三谱段热红外数据。常用的线阵遥感相机数据获取方式主要有长线列推扫和短线列摆扫两种,但受卫星结构尺寸、重量、及功耗等工程边界条件约束,长线列推扫的成像方式难以满足短时相、大幅宽、高分辨的需求。长线列摆扫是解决这一矛盾的有效手段,但由于积分时间缩短、几何定位模型参数增加,增大了高灵敏度、高精度几何定位的困难。本论文针对于我国幅宽和分辨率比最大的热红外载荷CASEarth卫星热像仪,开展了多模块拼接的2000元三谱段并列摆扫式相机高精度几何定位方法研究,建立了长线列摆扫式热像仪严格几何定位模型,提出了地面物像的精确测量与解算方法,并验证了在轨解算的可行性,解决了影响其定标精度的热红外影像控制点提取难题,实现了基于光迹追踪及DOM、DEM参考数据的大幅宽高分辨在轨影像仿真,并通过仿真数据,验证了严格几何定位模型及所提几何检校方法的有效性。本文的主要研究内容及创新点总结如下:1.基于CASEarth小卫星的轨道参数与宽幅高分辨热像仪的结构及成像特点,介绍了热像仪内、外方位模型的相关坐标系及其转换关系,构建了宽幅高分辨热像仪的严格几何定位模型,分析了模型中各输入参量对定位结果的影响及其在模型解算中的作用;最后,以严格定位模型为依据,系统地讨论了各个误差源对影像几何定位精度的影响,为宽幅高分辨热像仪成像仿真及几何处理奠定了理论基础。2.摆扫式热像仪扫描镜安装矩阵,相机内参等几何定位参数受发射过程力学、在轨温度场等因素的影响,需在轨重新进行标校。本文分析了摆镜误差、主点主距误差、探测器拼接模块旋转和平移、及焦平面倾斜等因素的影响,构建了多模块拼接的长线列摆扫式热像仪的自校正模型,提出了基于最小二乘理论的长线列摆扫式相机物像模型解算方法,并基于实验室测试数据,实现了优于0.3像元的物像模型标定精度,验证了在轨时基于地面控制点及所提模型进行物像高精度解算的可行性。3.针对热红外影像对比度低,灰度映射差异性大及高维图像特征不明显等导致的地面控制信息获取困难的问题,提出了一种基于几何纹理模式的热红外影像地面控制点提取方法。该方法充分利用遥感影像本身大量的几何纹理信息,采用Moravec算法、Sobel算子、自适应滤波及形态学处理等方法提取纹理显著的局部特征模式;针对获取的纹理模式图,构建了一种基于Log-polar变换的几何纹理描述符,有效避免了传统控制点提取算法对特征点及其周围梯度信息的依赖;同时,针对传统的相似性匹配中存在的误匹配较多的问题,提出了一种基于匹配位数及位匹配误差双重约束的误匹配剔除方法,通过描述符的循环移位,实现了特征匹配过程中的极值寻优,极大地减小了误匹配对控制点数据库精度的影响。4.针对宽幅高分辨热像仪在轨影像缺乏的问题,根据热像仪轨道参数、严格几何定位模型、参考影像以及DEM数据,提出了一种基于光迹追踪的长线列摆扫式相机在轨成像仿真方法,实现了任意时刻、任意位置的在轨影像仿真。同时,根据热像仪几何定位模型,构建了基于“广义”修正矩阵的长线列摆扫式相机几何检校模型,并通过高精度的地面控制点,采用先外后内的解算方法对模型参数进行了检校,最终实现了优于2像元的定位精度,验证了严格几何定位模型及所提检校方法的有效性。该研究可为长线列摆扫式遥感相机在轨几何处理技术提供有益参考。