月球三维地形提取是我国探月计划环月探测阶段的首要目标，我国将发射第一个月球探测器一”嫦娥一号”搭载三线阵立体相机和激光雷达来获取月球表面的DEM。本文工作是其中三线阵立体相机数据处理的预研，主要内容包括”嫦娥一号”卫星发射前对月球卫星三线阵数据的模拟，以及基于模拟数据研究使用月球卫星三线阵成像系统获取月球表面DEM的流程和方法。本文工作的要点如下： 1．月球卫星三线阵成像系统的模拟。月球卫星三线阵成像系统是由与月球卫星三线阵相机成像及影像处理有关的所有探测仪器，如卫星轨道测量仪器、姿态测量仪器等，组成的一个整体。本文利用月球DEM和正射影像、月球几何参数、卫星轨道参数、月球和卫星的运动参数、三线阵立体相机参数等模拟了月球卫星三线阵立体相机获取月球表面影像的关键环节，生成了月球卫星三线阵成像系统获取的立体影像数据、时刻记录数据和卫星定向数据。通过将原始影像上的像点所对应的地面点坐标直接投影到三线阵影像上与模拟影像上的同名像点对比，验证了该方法所模拟影像的正确性。另外，相同太阳入射角下，月球表面同一点由于地形和观测角度的影响，在三线阵影像的三个不同观测角度的影像上具有不同的辐射亮度。本文在月球卫星三线阵立体影像模拟中考虑了月球表面的BRDF特性，以Minnaert模型模拟月球表面BRDF随太阳天顶角和观测天顶角的变化，生成了月球表面研究区域的三线阵影像。 2．月球表面的陨石坑是最重要的地形特征，对于月球的研究具有重要的意义。本文以研究月球的三维地形为目的，分析了影像上陨石坑边缘的拓扑结构特性和陨石坑影像区域的灰度分布特性，构建了陨石坑特征的拓扑结构约束和灰度约束条件，在前人研究的基础上发展了一种月球影像陨石坑提取的方法。其中，提出了基于太阳光照方位角进行陨石坑边缘连接的边缘连接方法，避免了传统方法可能出现的边缘连接干扰。 3．实现了基于小波影像金字塔和三线阵影像极曲线约束的三线阵影像匹配策略，对模拟生成的月球卫星三线阵立体影像进行了匹配。并提出了基于影像模拟过程的影像匹配精度分析方法。验证结果显示，所提出的匹配方法能够达到亚像元的匹配精度。 4．应用多项式模拟法对模拟生成的月球三线阵数据进行了光束法平差处理，分析了影像匹配精度、外方位元素测量精度、控制点数量和分布等因素对平差结果的影响。提出了基于影像模拟过程的精度分析方法，估计了″嫦娥一号″搭载的三线阵成像系统的定位精度，结果表明定位中误差在一个像素之内。 5．利用三线阵数据光束法平差优化的外方位元素，基于最小二乘影像匹配和多片前方交会提取了月球表面的DEM，通过与原始DEM数据的比较验证，表明此方法所生成的DEM中误差大部分区域在一个像素之内。但由于在太阳高度角较低或陨石坑较小时，月球影像上陨石坑内部往往为纹理缺乏区域，难于进行同名点匹配，导致获取的月球陨石坑区域的DEM误差较大。本文基于陨石坑特征提取和陨石坑模型对月球卫星三线阵数据提取的月球DEM进行了修正。