天文导航以其被动式自主测量的特点，已经在航天、航海等领域被广泛应用。随着技术的发展及应用的需求，利用天文信息确定地理经纬度的天文定位技术，也日益在大地基础地理信息（经纬度、重力场等）测量等领域获得应用。本文主要对高精度CCD数字天顶仪获取的星图图像进行分析，设计和实现相关处理算法，完成了观测星图中恒星的定位与识别，为天文定位信息的解算提供支撑。本文在天文定位原理的基础上，对恒星识别系统的功能需求进行了分析，设计了由星图预处理、星体目标定位和恒星识别三部分构成的系统实现方案；通过对拍摄星图图像噪声因素的分析，实现了灰度纠正和图像增强算法，完成了星图图像的预处理；通过对预处理后星图图像直方图的分析，设计了基于噪声特征估计的背景分割阈值计算方法，结合连通域算法实现了观测星图中星体目标的提取；通过对不同亚像素定位算法实现性能的仿真对比，结合星图图像数据量大的特点，采用平方加权算法实现了星体目标的亚像素定位；在对现有三角形匹配算法进行分析的基础上，根据系统的实际特点，设计实现了一种基于导航星对标识的三角形匹配算法，提高了观测星图中恒星的识别速度；最后，通过编程集成实现了天文定位的恒星识别系统。经对实际拍摄星图图像的处理测试，结果达到设计要求。研究结果实现了星图图像中恒星的精确定位及快速识别，为天文定位系统的实现，打下了可靠的基础。研究成果，对天文图像的处理具有一定的实用、借鉴价值。