为了解决多目偏振相机在获取图像中需要进行准确配准的问题, 本文提出了一种基于子图像的相位相关算法。算法首先对图像进行噪声减弱与细节增强, 并进行粗配准。之后在将图像分割为多个子图, 对每个对应区域的子图进行配准, 并剔除配准误差较大的子图, 以减少它们对于最终配准结果的不良影响。最后根据这些子图的配准参数来计算单应性矩阵, 完成最终的配准。实验结果表明, 对于3种不同场景的图像, 相比于传统方法, 本文方法的配准结果归一化互信息值均有所提高, 至多提高0.067%且图像细节更清晰。与传统算法相比, 本文算法对于低清晰度、大噪声的图像具有更好的配准效果。

对空间目标白天探测的关键技术, 包括大气透过率分析、天空背景辐射分布、探测能力计算等进行了研究。在此基础上选取K波段光谱在1.23 m口径地基光电望远镜上进行白天观测实验, 对关键技术进行验证。实验数据表明, 经过优化设计此系统在30°俯仰角时白天极限探测10.38等星, 较未优化前白天探测能力提高24.9%, 为中高轨卫星的全天时观测提供重要依据。

为提高天文定位系统的定位精度，减小倾角传感器安装误差对系统水平测量精度的影响，对系统中倾角传感器的安装参数标定及校正进行了研究.首先，给出基于倾角传感器的天文定位系统工作原理，分析倾角传感器安装过程中存在的误差源.然后，提出一种通过对天文定位系统进行改造，利用系统自身完成倾角传感器安装参数标定的方法，并给出了倾角测量数据的校正算法.最后，建立三视场天文定位系统仿真测试平台，对标定方法的性能进行了分析和验证.实验结果表明：该倾角传感器安装参数标定方法的标定精度与倾角传感器自身测量精度保持一致，在全量程范围内校正后的倾角测量结果最大误差为4.315 5″，基本满足天文定位系统中高精度倾角测量要求.

为实现白天红外光电测量系统对低信噪比恒星的质心及能量高精度计算, 本文给出一种高效的方法。首先, 分析了红外光学系统白天恒星的成像特征。其次, 先对采集的图像序列进行预处理操作得到预处理图像。接着对预处理图像序列执行叠加求均值和下采样操作得到下采样图像。在下采样图像中以亮度为特征求取恒星的疑似位置后, 在预处理图像序列上建立与疑似位置相对应的目标区域, 在目标区域内顺序求取质心序列。对目标区域的图像序列以质心偏移为基础进行移位相加后获取目标图像。在目标图像上以信噪比为判据完成恒星提取, 以及质心和能量的计算。再次, 分析指出此方法能增强目标信噪比的原理, 并给出其适用范围以及相关参数的确定方法。最后通过实验表明, 采用移位相加法可增强目标的信噪比, 并提高提取正确率; 且对于SNR不大于48的恒星可将其质心和能量计算精度平均提高006 pixel和285%。移位相加法对低信噪比的恒星可较为精确地计算其质心和能量。

为了确定三视场定位定向设备各个误差源对定位定向误差的影响，建立了定位定向的误差分析模型。首先，给出了三视场导航设备采用空间解析几何法进行定位定向的原理。其次，指出影响定位定向的各个误差源,归纳分析了误差源的特性、概率分布以及误差源对定位定向信息对的影响。然后，利用定位定向原理建立起定位定向误差分析模型。最后，利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析。仿真结果表明系统的定位均值误差为121.0 m；定向均值误差为7.4″，并指出定位定向主要的误差源是水平测量误差，其次是垂线偏差数据的误差。野外实验表明，该系统的定位均值误差为182.12 m；定向均值误差为9.3″，水平测倾角的误差对定位定向结果的影响最大。

为了提高三视场定位定向设备可靠性，建立三视场系统功能的基本约束条件测试模型，以模型为依据对可见光波段的视场进行优化分析。首先，分析了设备正常完成工作时采用组合星图识别和简单星图识别所需的必要条件，并建立这两种识别方式关于视场大小的概率分布模型。从原理和实验数据两个方面说明了三视场结构识别三角形概率分布不能通过单视场的概率分布简单推导获取的原因。接着，给出用蒙特卡洛法求取此概率分布和视场最优值的方法。然后，通过仿真分析得出了两种识别方法关于视场大小的概率分布，在分析两种识别方法仿真数据的基础上，取识别概率为1时视场大小为其优化值。实验结果表明：以组合星图识别为工作基础的三视场定位定向设备有更好的可靠性，优化的视场大小为4.225°×3.168 75°。它满足三视场定位定向设备识别条件可靠性要求。

研究了基于最小损失函数法的三视场定位定向中各个误差源对定位定向准确度的影响.给出了基于最小损失函数进行三视场天文定位定向的数学模型, 结合模型归纳了定位定向的误差源及其特性, 分析了误差源对定位定向信息对的影响.最后, 建立了定位定向误差仿真模型, 并利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析.仿真结果表明系统的定位准确度为88.1 m, 定向准确度为3.0″.分析指出定位定向主要的误差源是水平测量误差, 其次是垂线偏差数据误差.野外实验表明, 该系统的定位准确度为163.0 m, 定向准确度为3.5″, 水平测倾角的误差对定位定向结果的影响较大.

研究了三视场天文导航视场间导航星的选取方法, 以提高其视场间星图识别的效率, 减小识别特征数据库规模。根据三视场天文导航星图识别的特点, 分析了导航视场间导航星数目对视场间三角形星图识别的影响。考虑视场间三角形星图识别的需求, 给出了任意视场至少包含1颗导航星和亮星优先选取的视场间导航星选取准则。然后, 遵从上述准则提出了一种基于星等优先的一阶自组织导航星选取算法。利用提出的算法制备了视场间导航星星库, 并对该导航星星库的性能进行了仿真分析和外场实验。实验结果表明: 使用该算法制备的导航星星库规模较星等阈值过滤方法制备的星库规模降低了53.91%, 且库中导航星分布均匀, 符合视场间导航星的要求。

建立了三视场天文定位定向系统,以实现高精度的天文定位定向.阐述了天文定位定向的概念,介绍了三视场天文定位定向系统的工作原理.提出一种基于最小损失函数的天文定位定向算法,该算方法能够同时解算地理位置和载体的方位角信息.根据三视场系统与传统单视场系统的结构特点,从理论上分析了三视场系统的天文定位定向性能及优势.最后,就载体平台倾角测量误差和星敏感器单星测量误差对定位定向的影响进行了仿真分析并基于原理样机进行了外场实验.实验结果表明:该系统的定位精度为151.624 0 m,定向精度为4.630 4″,且定位定向结果稳定.得到的结果基本满足高精度天文定位定向的要求.

为了提高空间目标的红外辐射测量准确度, 提出了基于精确校准的红外标准星的红外辐射标校方法.测量不同大气质量处多颗具有较高光谱分辨率的红外标准星, 采用天文孔径测光法对望远镜拍星数据进行处理, 依据大气消光模型进行最小二乘线性拟合, 获得了测量系统的红外辐射响应率和大气消光.1.2 m望远镜上中波红外成像终端验证性实验结果表明, 该方法的恒星辐照度反演误差最大为16.28%.且该方法无需增加额外设备, 操作简单, 易于实现, 可随时对测量设备进行实时标校.对地基大口径望远镜的红外辐射测量具有一定的应用价值.