空间天文望远镜作为研究宇宙起源、恒星演化和暗物质等前沿物理学问题的重要实验观测设备,需要对目标保持长时间凝视来获得高质量的天文观测结果。因望远镜的工作环境复杂,视轴稳定度会受到内外部多种扰动因素的影响,故设计专门的精密稳像系统来保持望远镜的视轴稳定。精密稳像系统的视轴扰动检测原理是在望远镜的边缘视场配置精细导星仪(Fine Guidance Sensor,FGS)单独对恒星进行成像,利用短时间内恒星天球位置不变的原理,通过不同帧之间提取的星点位置偏差来解算出视轴的相对姿态变化。同时长焦距的主光学系统使精细导星仪具有超高角分辨率的优势,能通过星图识别解算出望远镜视轴指向的高精度绝对姿态。本文以此为背景,主要研究精细导星仪星点提取、视轴相对姿态解算及星图识别等关键技术,并搭建实验验证系统对算法进行验证,具体的研究工作如下:(1)在调研了国外空间天文望远镜精稳像系统的基础上,根据制定的研究目标和研究内容,分析了精细导星仪的相关性能参数和关键技术,提出了导星检测解算系统的基本功能组成,研究了系统误差和噪声对精细导星仪星点提取精度的影响,并对精细导星仪姿态测量的极限精度进行了估计。(2)针对在动态环境下的星点提取定位精度受星斑退化影响的问题,提出一种先复原后定位的方法,首先从退化星斑的两次傅里叶变换幅度谱中检测出模糊参数进行快速粗复原,再根据清晰星斑的图像梯度先验对粗复原结果进行精复原。仿真实验结果表明,复原后星斑的峰值信噪比相比于传统复原方法有明显提高。(3)提出了基于梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)模型的星点提取系统误差校正算法。利用数值仿真方法生成用于GBDT模型训练的样本,得到星点提取的系统误差与探测器填充率、采样窗口大小、星斑束腰半径以及星点质心坐标计算值之间的函数关系,根据此函数关系对星点质心坐标的计算值进行系统误差校正。(4)提出了一种基于Smith-Waterman局部特征匹配的星图识别算法。为了满足星图识别对精细导星仪视场内恒星数目的要求,以UCAC4星库为基础构建了一个与精细导星仪的视场大小和探测能力相匹配的导航星库。考虑到精细导星仪观测星等高而导航星库容量有限,针对星图中出现未纳入星库的“假星”目标导致识别率下降的问题,提出一种基于局部序列比对的星模式特征匹配算法,从而在包含“假星”的星模式特征序列中能有效筛选出正确匹配的真实星目标。仿真实验表明,在存在多颗干扰星的情况下,本文算法相比于栅格算法与改进栅格算法具有更强的鲁棒性。(5)搭建精细导星系统半物理仿真实验平台,分别通过星点定位的系统误差校正实验和动态质心定位实验来对提出的算法进行实验验证,测试了导星系统分别在静态与动态环境下的星点提取精度,取得了算法的预期实验效果。并将导星检测技术应用于精密稳像光闭环实验系统中,在模拟航天器平台的低频扰动环境下依据精细导星仪实时解算的视轴偏差进行光路补偿,检测到像面星点在x、y方向上的扰动程度分别降低了71.81%、73.82%。采用模拟天文观测的长曝光CCD相机开展了能量集中度探索性试验,相比于未补偿前的弥散星斑,补偿后星斑的能量集中度提高了53.3%,实验结果验证了导星检测技术在精密稳像系统中对视轴偏差检测的能力,解决了空间望远镜精密稳像系统地面实验验证的难题。