随着我国民用测绘卫——ZY-3(资源三号)的发射成功,我国的国产卫星测绘事业又向前迈出了坚实的一步,踏上了新的台阶。而对于卫星在轨运行后的诸多问题,也成为关系卫星应用潜力和卫星设计指标和性能认证的核心,更是卫星发射目的能否达标的重要标志。卫星在轨成像与在轨标定等问题是从卫星几何和辐射两个方面对卫星在轨运行状况和性能进行衡量。星颤是CCD(Charge-Coupled Device,简称CCD)成像系统在轨成像质量不高、卫星系统参数变化等问题的主导因素。基于摄影测量、遥感、空间动力学、空间几何学、卫星设计工程等诸多领域的有机综合,从这两个方面研究了星颤对卫星成像系统成像质量和对地定位精度的影响。星颤会导致成像系统成像时,出现弥散斑发散、成像错位、像元畸变等情况,从而卫星成像图像质量不高。同时,还会出现焦距变化、像主点位置偏移、光学成像系统畸变等问题。总之,星颤导致上述问题出现多大的误差,关系卫星是否能达到预定成像指标的关键。本文拟通过数字仿真、定量反演等手段,从星颤的定义、星颤的可检测性、星颤图像的模拟、星颤几何标定、卫星颤振图像质量评价、卫星颤振图像恢复等一系列问题,系统地研究了卫星颤振对在轨成像质量和定位精度的影响。本文研究的主要内容：1、星颤的定义。星颤不同于卫星振动,卫星振动会导致卫星成像系统发生刚体变形等问题,利用仪器可以有效检测。而星颤问题则更为复杂。目前,无论是位置还是姿态传感器还都无法精确获取,这也是本文采用定量反演的主要原因。2、星颤的可检测性。目前,虽然无法利用仪器实时获取在轨颤振的幅度和频率等衡量指标,但是可以利用高速小面阵CCD获取在轨颤振成像图像序列,通过提取每一帧图像对比参考帧图像,根据卫星成像运动模型,计算成像系统位置和姿态的变化。3、星颤标定问题。本文推导了卫星颤振对地定位几何模型。通过建立卫星成像系统内方位模型,数值模拟了摄影方位元素变化对定位精度的影响。基于SPOT5卫星数据模拟,对单像后方交会和自检校光束法标定进行了仿真实验。4、卫星在轨成像MTF (Modulation Transfer Function,简称MTF)的计算。MTF作为衡量成像系统成像质量的重要指标,通常在实验室内可利用软硬件进行测量。但这些方法受到空间成像环境限制而无法使用。本文通过选取图像上特殊地物,利用这些地物对比度明显的特点,反演计算成像系统成像质量MTF值。5、国家图像解译评定量化尺度(National Imagery. Interpretability Rating Scale,缩写为NIIRS)图像质量评价体系。图像质量评价作为获取卫星成像图像质量好坏的评价指标,也反应了卫星成像系统的成像性能。相比于主、客观图像质量评价方法,基于NIIRS的图像质量评价方法,可以定性和定量地分析整个成像链路的成像质量。因此,通过模拟实验,验证了NIIRS体系对星颤图像的有效评价。6、星颤图像的恢复。星颤会导致成像质量下降,而基于MTF的MIF(Modified Inverse Filter,简称MIF)滤波方法可以有效恢复星颤图像。同时,还可以有效补偿卫星成像质量MTF。通过模拟实验,基于图像分析建立二维MTF,利用MIF滤波恢复模型,对颤振图像进行恢复,对比经典Wiener滤波方法,表明基于MTF的MIF滤波的恢复方法要优于Wiener滤波恢复方法。