随着卫星影像分辨率的提高,卫星影像定位精度也需要相应地提高,以充分发挥影像高分辨率的优势。目前,不依赖地面控制点,直接利用卫星的位置和姿态数据,获取高精度的影像定位信息已成为国内外遥感卫星应用的重要发展趋势。然而高精度的遥感影像直接定位对卫星姿态精度提出了较高的要求。以往航天器定姿使用的太阳敏感器、红外地球敏感器和陀螺等定姿设备,已经无法完全满足高分辨率遥感卫星定姿的精度需求,而具有高精度定位能力的恒星敏感器(以下简称星敏感器)则越来越受到青睐。目前,国外高分辨率遥感卫星如IKONOS、QuickBird等,大多将星敏感器作为常用的定姿手段之一,其影像的直接定位精度可达到10米甚至更优。当前国内部分较高分辨率遥感卫星也开始利用星敏感器定姿,但影像的直接定位精度与国外先进水平相比,仍然存在一定的差距,一个重要因素是国内星敏感器定姿的精度和可靠性较低。星敏感器定姿的可靠性与精度不仅取决于星敏感器硬件水平,而且与星敏感器的软件算法有着非常重要的关系。星敏感器自上世纪40年代研制成功以来,国外研究人员便开始对软件算法进行了大量卓有成效的研究,特别是随着星敏感器硬件的更新换代,大量新算法涌现,保证了星敏感器高精度和高可靠性。国内从上世纪80年代开始研制星敏感器,相关研究单位如中科院下属的北京天文台和长春光机所、成都光电所、航天五院502所、国防科大、哈工大等相继对星敏感器定姿算法展开了一系列研究,与国外先进的研究水平相比,国内仍存在一定的差距。本文从影响星敏感器定姿精度和可靠性的因素入手,对星敏感器定姿中的很多关键技术如导航星选取、星像点提取、星图识别、恒星相机标定、姿态确定等进行深入的分析和研究。为了提高定姿精度和可靠性,本文在总结和分析现有国内外典型算法的基础上,提出了一些新的算法,并形成了一套自己的定姿方案,最终取得了较为理想的结果。论文的主要贡献和创新论点如下：1.从理论和实验上分析了影响星敏感器定姿精度和可靠性的因素。基于仿真实验,统计和分析了这些因素对姿态精度的影响规律,为后续算法研究提供了一定的理论参考。2.在总结并分析了国内外导航星选取算法的基础上,提出了一种简单实用的导航星选取方法——基于角度格网的导航星选取算法。该方法可以根据不同的导航任务,快速抽取密度不一、分布均匀的导航星。3.在总结了当前星像点提取方法与步骤的基础上,提出并实现了一种新的星像点提取流程。该流程针对地面采集的星图噪声大等特点,结合边缘与灰度信息进行质心提取,能快速有效提取星像点质心位置信息。4.在总结当前星图识别算法基础上,提出了一种基于匹配概率的中心星识别算法。该算法仅依赖星对角距信息,通过构造辐射状星图进行模型匹配,统计匹配概率来识别中心星。在星对角距误差较小时,识别率较高。5.针对相机未标定等不利情况,在基于匹配概率算法的基础上,提出了一种有向环星图识别算法。该算法构建多维整体特征模型—有向环进行匹配。该算法在条件不理想,仍然保持较高的识别率,可靠性高。6.针对当前基于观测矢量的标定算法仅解求相机内方位参数,考虑了畸变差的影响,并推导了加入畸变差后的标定公式。实验证明,在存在畸变差情况下,利用改进算法标定的精度有进一步提高；7.利用地面获取的星图,对本文所提的算法及实现的kalman滤波方法进行了实验验证。综上所述,本文以提高星敏感器定姿精度和可靠性为目的,重点对影响星敏感器定姿精度和可靠性的关键技术进行了分析和研究,其中包括导航星选取、星像点提取、星图识别、恒星相机在轨标定、姿态确定算法等。通过总结现有算法研究中具有启发的思路,并结合具体研究问题,提出或改进了一些新的算法,为最终取得较为理想的实验结果提供了较为坚实的基础。