星光定向仪以恒星为观测目标实现导航定位功能。其凭借观测目标的客观性、观测过程的隐蔽性和自主抗干扰性、观测结果的安全可靠性和高精度等诸多优点,广泛应用于卫星、飞船和火箭等天基平台。空基、地基平台星光导航系统观测恒星由于受到大气扰动、云雨天气等因素影响,工作时间和工作环境范围都会受到限制,因此其相比于天基星光导航系统发展起步较晚。随着星光导航系统应用领域逐步扩展到大气层内,全天时工作的星光导航系统具有一定的研究意义。本文针对机载平台全天时星光定向仪光学系统及其杂光抑制的难点开展了研究。论文的主要工作如下:(1)对国内外全天时星光定向仪的技术发展进行调研。总结了星光定向仪的工作特点,分析了现有的全天时星光定向仪光学系统优点和存在的问题。并针对机载全天时星光定向仪工作的特点,制定了优化目标。(2)对机载全天时星光定向仪工作平台的光辐射环境进行了研究。计算出视星等6.5Mv的K2、M2、M8型星和太阳在0.3μm~1.7μm谱段内的光谱辐照度。针对15km高空的飞机平台,采用控制变量法,对观测谱段、观测高度、观测天顶角、观测方位角和太阳天顶角对天空背景辐射能量的影响分别进行分析。分析结果概括为:1.在可见光到近红外谱段,天空背景辐射呈减弱趋势,并且在近红外谱段呈指数式衰减;2.随着观测高度的增加,天空背景辐射有明显的衰减;3.观测方位角从0°到180°时,天空背景辐射总体呈下降趋势;4.观测天顶角与天空背景辐射亮度成正相关;5.太阳天顶角与天空背景辐射的关系受观测天顶角影响,并且观测天顶角对天空背景辐射的影响较太阳天顶角而言更大。(3)依照在近红外谱段天空背景辐射能量大幅度减弱而目标恒星辐射能量达到峰值的特性,确定光学系统探测谱段为近红外谱段。根据探测器信噪比的定义,计算对于观测高度、太阳天顶角、观测天顶角、观测方位角等参数已知的条件下,观测视星等为6.5Mv的K2型恒星所需的光学系统参数与信噪比的关系,从而确定了光学系统设计参数。(4)对光学系统进行结构选型,并对其进行优化设计和像质评价。引入偏心结构消除系统遮拦,提高能量利用率。针对机载全天时星光定向仪工作的-40℃+65℃环境温度范围,分析光学系统的适应性,并进行了公差分析,确定系统的可行性。(5)提出了一种随动型杂光抑制结构方案以适应扫描镜不同转角的杂光抑制。设计结果可以有效地抑制白天强烈的天空背景辐射。