随着卫星遥感对地观测技术的不断发展,光学卫星遥感影像已成为社会经济建设和国防建设各领域的重要数据源,对其几何处理精度要求越来越高。本文以光学卫星遥感影像为研究对象,分别从其严格几何模型和通用几何模型入手,在对两种模型研究改进基础上,提出一种严格几何模型与有理函数模型(Rational Function model,RFM)相结合的组合平差方案及其实现方法,为光学卫星遥感影像的精确几何处理提供了新的技术途径。论文的主要工作及创新性如下:(1)实现光学卫星遥感影像的严格几何模型平差方法并进行仿真试验,得出严格几何模型平差精度与影像外方位元素初值精度的量化关系。在影像无畸变的理想情形下,严格几何模型平差能够很好地消除影像外方位元素误差影响,但平差精度仍受到外方位元素初值精度影响。在影像含有畸变的情况下,严格几何模型平差后定位中误差随畸变的增大呈线性趋势增长。(2)实现常规的带仿射变换项RFM平差方法并对其性能进行仿真分析,结果表明该方法定位精度依赖于生成初始RPC参数的严格几何模型精度。随着严格几何模型中外方位角元素误差增大,常规RFM平差方法定位精度也显著下降。对于光学卫星遥感影像中存在的复杂畸变,常规平差方法效果欠佳。(3)针对常规RFM平差方法的不足,本文从傅里叶级数的逼近特性出发,提出一种带傅里叶多项式补偿项的RFM平差方法,其理论上可以精确拟合任意形式畸变。拟合测试表明,傅里叶多项式对Brown模型和Ebner模型生成的模拟畸变可达到千分之一像元的拟合精度。用两种RFM平差方法对快鸟同轨立体影像数据进行对比实验,相比常规RFM平差结果,带傅里叶补偿项的RFM平差后平面定位精度提高了11.6%。(4)针对单一模型存在的各自不足,本文提出了严格几何模型与RFM模型的组合平差方案及其实现算法流程。通过仿真数据与真实数据的试验结果表明,组合平差不仅可以显著降低对外方位元素观测值的精度要求,且由于引入了傅里叶多项式优良的畸变补偿性能,严格几何模型与RFM模型迭代平差计算能够同时实现高精度的影像定向和定位。对SPOT5异轨立体影像数据的实验表明,组合平差后平面和高程定位精度均可达到优于1个像元地面分辨率的水平。