测月天文定向方法既有传统天文定向方法抗干扰和无误差累积的优势,又能在一定程度上解决云雾条件下恒星不可见的问题。此外,通过相机成像的方式实现测月定向,可有效脱离人为干预,再结合计算机的仪器控制和数据处理,可实现航向角的自动化获取。论文自主开发了一款月相仿真软件,提出了基于圆拟合、椭圆拟合两种方法实现月球中心位置提取,根据月球成像特点利用室内全物理仿真星空穹顶进行相机内方位元素的标校,利用倾角传感器和水天线图像分别实现陆海环境下相机外方位元素的标校,利用科学级CCD和鱼眼镜头组成鱼眼相机,并结合倾角传感器、天文计时器和便携式计算机组成测月定向装置,分别进行了陆海基测月定向实验,实验取得了初步的成效,填补了相关研究领域的空白。论文的主要工作及创新点总结如下:(1)介绍了测月天文定向的理论基础和基本原理,并从理论上严密分析了航向角的误差来源。结果表明,航向角的精度主要受测站位置精度、月球中心位置提取精度、像主点坐标精度和相机姿态参数精度的影响。(2)自主开发了一款月相仿真软件,具有动静态两种运行模式,可实现全球任意位置任意时刻的月相仿真,为后文提供了月相仿真图像数据源。(3)引入Sobel-Zernike算子实现月相边缘的亚像素级检测,提出基于圆拟合、椭圆拟合两种方法实现月球真实边缘的精确筛选,并以此拟合月心位置,并分别进行了半物理仿真实验和实测实验验证算法精度。半物理仿真实验数据表明,当月球大致成像在相机视场中央时,基于圆拟合方法的月球中心位置提取外符合精度为0.44~6.07角秒,基于椭圆拟合方法的月球中心位置提取外符合精度为2.78~17.20角秒。利用基于椭圆拟合方法对实测月球图像进行中心提取,结果表明内符合精度优于7.81角秒。(4)利用成像质量好且亮度可控的室内穹顶的模拟星点作为观测目标,实现了相机内方位元素的标校。引入倾角传感器实现陆基相机外方位元素的标校,提出一种通过室内外分别成像的方法确定相机姿态参数。通过对水天线成像实现海基相机外方位元素的标校,提出一种基于高度角约束的水天线拟合算法确定相机姿态参数。(5)提出一种基于鱼眼相机、倾角传感器、天文计时器和便携式计算机的陆基超大视场测月定向方法,提出一种基于鱼眼相机、天文计时器和便携式计算机的海基超大视场测月定向方法,并分别进行了陆海基测月天文定向实测实验。陆基实验结果表明,跟踪拍摄15分钟,定向结果内符合精度优于?7.5角秒,外符合精度为?20角秒左右。海基实验结果表明,测月定向航向角与测星定向航向角平均相差71.2角秒。