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航天线阵CCD(Chorse Coupled Device)影像在遥感影像定位中具有广泛的应用,其摄影高度大,视场角小,光束窄,以致传统的线性化共线条件方程定向参数之间具有较强的相关性,很难得到稳定的高精度解。本文以四元数为工具,研究了四元数在摄影测量定位中的应用,对基于四元数的线阵CCD影像定位技术所涉及的病态问题求解、四元数描述外方位元素、四元数光束法平差等关键问题进行了深入研究,主要内容包括:1、研究了基于四元数的空间后方交会和绝对定向直接解法,提出了对偶四元数进行绝对定向的直接解法,把对偶四元数应用于描述绝对定向中的旋转和平移参数,成功进行绝对定向解算并进行对比实验论证。2、针对线阵CCD影像外方位元素求解中出现的病态问题,从理论上分析了其产生的原因,提出了一种解决病态问题的改进有偏估计新方法,用于求解线阵CCD影像的外方位元素。3、将四元数理论引入到线阵CCD影像定位中,用四元数描述其摄影姿态并构建旋转矩阵,借鉴EFP思想,提出了基于四元数的外方位元素改进EFP(Equivalent Frame Photo)模型,由此进行外定向并进行实验论证。4、将一幅线阵CCD影像首尾扫描行的外方位角元素用四元数描述,利用四元数球面线性插值(Spherical Linear Interpolation,SLERP)内插得到任意一扫描行姿态,提出了外方位元素的SLERP模型,推导出了相应的误差方程,并进行外定向计算,有效避免了欧拉角模型涉及的大量三角函数计算及不稳定因素,为线阵CCD影像外定向提供了一个新的技术途径。5、考虑到控制点数据可能存在粗差的情况,引入粗差探测,结合基于四元数的外方位元素改进EFP模型和SLERP模型进行外定向,并利用严密的空间前方交会进行定位实验,结果论证了算法的正确性及优越性。6、研究了基于四元数的线阵CCD影像光束法平差,该方法对平差初始值要求不高,只需取零初始值即可。实验结果表明平面的平差精度较高,高程精度稍差一些。