本文建立了一个航天线阵测绘相机视轴测量模型，以实现对双线阵测绘相机视轴抖动的实时测量。首先，通过在相机焦平面两端设置激光收发装置，经由中央棱镜关联，构建了两台相机之间的夹角参数变化测量模型。接着，基于双矢量定姿原理推导了计算表达式，可以实现相机焦距及绕XYZ三轴变化量的高精度测量。对计算方法的误差进行了分析，并通过仿真进行了验证。此外，还对本文提出方法与工程上常用的简化方法之间的残差进行了仿真，结果表明,简化方法仅在很小的测量范围内与本文提出方法一致性良好，当测量角度范围扩大到2′时，采用本文提出的计算方法才能得到精度为0.1″的测量结果。最后，在热真空环境下进行了试验验证，结果显示采用该计算方法得到的相机内外参标定精度达0.1″，结果表明两台相机夹角参数表现出轨道周期性规律，为后续开展立体测绘任务提供了良好的参考。

针对传统帧模式星敏感器在高动态（≥3°/s）下星点质心提取精度低或提取失败的问题，提出一种基于事件的高动态星敏感器星点提取方法。该方法基于事件相机低延迟、高时间分辨率的特性，解决了高动态条件下的运动模糊问题。首先，提出基于时空密度的噪声去除方法，针对事件流进行降噪处理，平均去噪精度在0.85以上，提高了事件信噪比。其次，提出基于均值漂移的星点定位方法，计算星点事件簇的中心作为星点质心。最后，通过不同条件下的仿真实验，验证了所提去噪方法的有效性和鲁棒性，且角速度达到20°/s时，仍可完成星点提取，角速度在3°/s~10°/s时，平均质心误差小于0.04 pixel，角速度达到15°/s时，平均质心误差小于0.1 pixel。

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。

高分七号卫星搭载了我国首个具备全波形记录能力的对地观测激光测高仪，可以大范围地获取高精度三维坐标，其定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度。针对数据特点，提出了一种阈值约束的椭圆拟合光斑质心提取算法，并建立了长周期指向角稳定性监测与分析系统。首先，用阈值法确定激光光斑轮廓的边缘；其次，通过腐蚀操作消除孔隙、噪声的影响；然后，通过椭圆拟合进一步约束激光光斑的形状，保留光斑的特征参数；最后，通过灰度重心法提取质心坐标。实验结果表明：光斑的质心位置在1.4 pixel内变化，对应的指向角度每月在0.434″内变化，较为稳定。文中相关算法、结论对我国后续激光测高卫星研制、指向稳度监测具有一定的借鉴意义。

为了提高高动态环境下星敏感器的质心提取精度，提出了一种基于自适应滤波的在轨校正方法。该方法能够适应角速度变化的星敏感器，自适应的调整校正矩阵。使用提出的基于时空相关性的噪声估计滤波器跟随星点窗口实时更新校正矩阵，对星点准确校正。与传统地面校正方法相比，本文方法不仅减少了成本，且实时更新校正矩阵，校正更加可靠。通过实验验证了所提算法在高动态下对星敏感器校正的有效性，与现有只能低速星敏感器（≤0.1°/s）的在轨校正方法相比，本文方法能适应更大范围的角速度（0~3°/s），准确的校正高动态星敏感器，提高质心提取精度，对提高星敏感器的动态性能具有指导意义。