卫星测绘技术日新月异,卫星影像分辨率已突破亚米级水平,而用于资源调查、环境监测、极地测绘、灾害应急等行业领域的测绘产品却受到高程精度的限制。为了弥补国产立体测绘产品高程精度的不足,有专家和学者提出将星载测高仪与立体测绘相机同平台搭载进行复合测绘,以提升卫星无控测高精度的新思路,然而激光测高数据平面定位精度较差,并且难以获取地面控制数据进行在轨几何定标。针对这一问题,本文以星载激光测高系统的测量原理和系统构成为切入点,对卫星在轨运行期间影响激光数据处理精度的各类参数、运行状态进行识别,通过理论分析和仿真建模的方式对激光测量系统误差的传递进行评估,根据误差的产生原因将误差源分为卫星测量平台误差和系统外部环境误差两类。针对激光测高系统中的误差项补偿,本文开展了如下研究:(1)针对星载激光测高过程中时变性的外部环境误差,研究星载激光测高数据几何处理流程,并提出星载激光测高严密几何模型。针对星载激光测距原理、大气传播延迟、全球潮汐及地表地物对激光回波信号的影响,构建了激光测高严密几何模型;与传统光学立体测绘不同,激光测高作为主动遥感方式,大气折射效应引起的测距延迟是其必须考虑的误差源之一,本文针对目前气象数据获取困难、精度差等问题,对比分析已有高精度全球大气模型,并将其应用到星载激光测距延迟改正方法中,以满足星载激光全球高精度测绘的需求;并将全球固体潮改正模型和海潮改正模型应用到激光测高数据处理中。(2)针对激光测高数据的初始定位精度较差等问题,提出基于地形匹配的星载激光出射方向定标方法。由于卫星姿轨测量误差、激光测高仪安装误差及激光出射指向偏差等引起激光平面定位精度较差,无法直接采用地面布设激光探测器的方案进行几何定标。本文针对以上问题,提出基于地形匹配的激光束出射方向定标方法。利用激光的初始测高数据,并结合精度地形数据约束激光序列点,实现了激光束出射方向的定标。实验首先采用仿真数据验证激光出射方向几何定标方法的可行性,并利用SRTM-DEM数据对资源三号02星激光测高仪进行几何定标处理,证明本文提出的方法可以有效提升激光平面定位精度,为星载激光测高系统的场地定标提供关键支撑。(3)提出了基于波形匹配和定标场的星载激光高精度几何定标方法。利用大区域地形数据能够比较准确的标定激光的出射方向,提升激光脚印点的平面位置精度,而激光测高系统几何定标最终结果为激光出射方向和测距值的补偿量。本文提出利用基于激光波形匹配和定标场地的几何定标方法,并针对两种激光几何定标方法适用性展开研究。基于波形匹配的激光几何定标是一种非实时不依赖于固定场地的激光数据后处理定标方法,定标场地适用于建筑物密集的城区,并且需要高精度DSM数据支持;而基于地面探测器的激光场地定标方法则需要大区域平坦地势,同时本文研究了定标场内激光探测器的布设方案,将激光探测器效能最大化使用。最后利用激光仿真试验验证了基于波形匹配的激光定标方法的可行性和适用性,并利用ICESat/GLAS和ZY3-02激光数据对星载激光高精度几何定标方法进行了验证。