轻小型无人机遥感因高分辨率、低成本以及作业灵活等特性,在军事情报侦察、自然灾害监测以及资源评估等军警民领域应用广泛,逐渐成为航空遥感和航天遥感的有力补充。随着计算机、通信技术的迅速发展以及各种重量轻、体积小、探测精度高的数字化新型传感器的不断面世,轻小型无人机遥感技术受到越来越多的人关注和研究,同时面临一些亟待解决的问题。目前对于轻小型无人机遥感系统的研究还不够完善和系统化,系统体系结构与传统无人机遥感系统结构差别较小,没有凸显无人机平台特点以及任务背景;由于无人机平台受限,续航时间短、搭载相机画幅小等原因,导致轻小型无人机遥感系统在采用传统的任务规划以及航线设计方法时,航摄效率较低;轻小型无人机遥感影像具有画幅小、几何变形大等局限性,将一系列小画幅影像序列拼接成一幅大视角的影像时,其精确性和效率存在一定程度的降低。这些问题直接或间接地对轻小型无人机遥感应用的发展和推广造成影响。本文以轻小型无人机遥感系统特点和任务背景为前提,设计并构建轻小型无人机遥感系统结构,在此基础上提出了一种基于任务区域的航线设计方法,提高了航摄效率,并提出了一种改进的PCA-SIFT特征匹配方法,使无人机航摄影像拼接效率和准确度得到进一步的提高。论文主要工作如下:(1)设计并构建了一个轻小型无人机遥感系统。对系统需求和技术指标进行了分析,设计了系统的体系结构,给出了系统的总体结构、功能组成、工作模式及应用流程。最后基于所设计的遥感平台,完成了典型区域的遥感飞行实验。(2)提出了一种面向凹多边形任务区域的航线设计方法。首先将无人机飞行航迹建模为航点路径,并确定任务区域的多边形交点;然后计算飞行路径与凹多边形任务区域边界的交点,以航拍任务航程最短为目标,实现航线优化。实验表明该方法能够较好地提高航线规划的效率。(3)提出了一种基于位置关联的无人机遥感影像自动拼接方法。首先提出了基于PCA-SIFT的无人机遥感影像快速配准方法,通过预先构建投影矩阵和主成分分析降低了描述向量的维数,且在保持配准精度的前提下提高了配准速度;然后基于位置序列构建待匹配影像序列,实现了待匹配影像的自动关联。实验表明,该方法具有较高的配准精度和较快的拼接速度。