空间目标的精密定轨需要高精度的天文定位技术，而星图匹配是天文定位的基础。本文针对精密跟踪型望远镜提出一种快速星图匹配算法，它包含优化三角形匹配和序列图像修正两部分。论文主要叙述了该算法原理、流程与实现，并对其速度与精度等方面进行了研究。首先，利用编码器轴系定位划取指向天区的星表数据，经筛选和归算列为导航星表。接着，应用降维查表的方法加速三角形匹配并通过理想坐标底片常数之间的关系校验得出首帧匹配结果。然后，修正算法结合后续各帧中望远镜指向的变化量计算导航星的理想坐标，并应用上一帧的底片常数，匹配观测星和导航星。最后，对底片常数计算得出的导航星和目标定位结果进行统计对比。经实验，计算39组星对时采用快速三角形匹配可以将时间缩短至近1/300；对后续图像（每帧含大约100组匹配星对）使用序列图像修正算法，均可以在0.04 s以内完成匹配；采用快速星图匹配算法获取的匹配星对用于对中高轨激光星定位，其平均误差在0.5″左右。由此可见，快速星图匹配算法充分满足精密跟踪型望远镜天文定位精度高、速度快的要求。

为了提高天基光学传感器观测空间目标的定位精度，基于天文定位原理，提出了一种天基空间目标双星立体天文定位方法。首先，根据光学载荷固有参数，分析了空间目标在光学传感器上成像特性，选择阈值质心法精确提取目标在二维像平面上位置。接着，基于目标到观测传感器全链路坐标投影变换关系，建立了地球惯性坐标系下目标的观测矢量模型。然后，结合最小二乘法准则，建立了双星立体天文几何定位模型，完成空间目标从二维图像信息到三维空间信息的投影变换。最后，搭建地面实验生成了含空间目标的星空图像，并完成了定位算法验证和误差仿真分析。实验结果表明：当定位模型中没有误差时，定位精度可达10-5 m；当同时存在卫星位置误差、卫星姿态误差、卫星轨道误差、相机安装误差和图像处理误差时，定位误差分布为均值为零，标准差为114.62 m的高斯分布，基本满足定位需求。本文的研究工作可为天基空间目标的高精度检测定位提供参考。

针对中高轨碎片光电观测望远镜（简称中高轨望远镜）野外精度标定手段有限的难题，理论分析利用国产北斗导航卫星系统鉴定天文定位和轴系定位测量精度的方法，通过分析卫星覆盖性、轨道精度和亮度等因素研究方法的可行性.对定期公布的数据间隔约为5 min的精密星历进行拉格朗日插值处理，并进行坐标转换，解算望远镜观测时刻在天球赤道坐标系中卫星相对测站的视赤经和视赤纬以及卫星在测站坐标系中的方位值和俯仰值，作为理论真值鉴定天文定位和轴系定位测量精度.利用此方法检测某中高轨望远镜天文定位精度优于2″，轴系定位精度优于7″.

为了提高仪器的工作效率，在数字天顶仪定位的基础上开展了定向方法的研究，构建了识别星点的坐标转换模型.从坐标转换模型出发，分析了仪器倾斜及光轴倾斜等因素对恒星像点图像坐标的影响，研究了焦距值及光轴指向的天文坐标对恒星理论坐标的影响，并在坐标转换的基础上建立了定向模型.试验结果表明，单组星图的定向精度均在5″以内，定向精度较高，能够满足实际条件下对定向精度的要求.