本文针对光学遥感卫星影像高精度对地定位中涉及的成像模型的系统误差改正、外方位元素建模、摄影测量参数的在轨几何定标、星历姿态数据辅助的光束法平差等关键技术问题进行了系统、深入的研究,以形成一套处理光学遥感卫星影像较完备的理论体系与技术方法。论文完成的主要工作和创新点如下:1.根据线阵列CCD传感器的特点,详细介绍了遥感卫星成像模型中涉及到的主要坐标系,建立了光学遥感卫星影像严格成像几何模型,并结合星上辅助数据,依次构建了不同遥感卫星的成像几何模型。2.针对卫星星历姿态辅助数据中存在较大系统误差而导致影像直接定位精度较差这一问题,构建了光学遥感卫星影像的姿态系统误差检校模型,实验表明该方法能够有效提升卫星影像的直接定位精度。3.建立了用于描述线阵列传感器位置和姿态变化特征的外方位元素模型。通过对卫星成像模型中旋转变换的预处理,将姿态辅助数据转换为外方位角元素,为传感器内部参数标定和影像光束法平差奠定了理论基础。4.建立了摄影测量参数的在轨几何定标模型,提出了一种利用常数模型和多项式模型对内部参数进行分段标定的方法;建立了传感器外部参数标定模型,将影响卫星影像定位精度的诸多因素归结为一个正交旋转矩阵。分别按照不同的几何定标方法进行实验,验证了本文摄影测量参数在轨几何定标模型的正确性和有效性。5.建立了不同外方位元素模型描述的光束法平差模型和自检校光束法平差模型,对平差过程中各未知参数间的相关性问题及对应的解决方案进行了深入研究。将几何定标参数引入光束法平差模型,实验结果表明,标定后的平差结果明显优于直接利用辅助数据时的平差结果,验证了本文几何定标算法的有效性和必要性。6.提出一种利用立体影像匹配生成连接点的地形相关方案用于构建有理函数模型的方法;在几何定标的基础上,分别利用不同的控制方案,构建有理函数模型并用于影像的直接定位,实验结果表明,本文方法能够显著提高卫星影像无地面控制直接定位精度。