星光天文导航以恒星星体为参考目标,通过传感器接收大气折射的星光获取航天器位置信息,是一种完全自主、可靠、精确的导航方式。为了获取准确的折射恒星位置信息,利用星载传感器对恒星进行大气临边观测得到恒星图像,从而反演恒星的真实位置。但星点定位精度受大气折射和成像链路误差的影响,针对上述问题,本文结合天基观测平台开展了恒星定位方法及其误差分析研究,论文的研究内容从以下三个方面展开:（1）基于分层大气传输模型的星光折射研究。基于MODTRAN数据计算红外波段折射率,利用该折射率下的分层传输模型解算不同折射视高度的恒星光线偏折程度。根据恒星视高度与恒星光线偏折程度的连续单调特性,结合追迹解算的多光线方向数据,对离散的数据进行函数拟合,实现经过大气偏折后恒星光线方向的快速解算。（2）基于GPU并行加速的恒星红外图像仿真。根据分层大气传输过程的对称特性进行光线的等效运算。同时,为了减少光线计算量,基于恒星折射视高度与星光折射角的连续单调特性,采用全局入射到局部最优的优化迭代方式寻找进入传感器光瞳的光线。根据GPU并行运算和数据处理方式,建立了恒星红外图像仿真模型,提高了恒星图像的仿真速度。（3）成像链路误差分布对恒星定位精度的影响分析。基于天基平台大气临边观测下的恒星红外仿真图像获取非折射与折射的恒星像面运动轨迹,结合恒星定位中存在的测量误差建立基于大气折射的恒星定位模型和基于多因素耦合的恒星视线测量误差模型,实现恒星从像面位置到赤经赤纬的反演。分析了成像链路误差分布对恒星定位精度的影响,验证恒星定位模型的正确性和可靠性。设计了天基恒星红外图像仿真软件,为后续基于大气折射偏折解算的恒星定位模型和成像链路误差模型的验证提供图像数据,实现了恒星的高精度定位及其误差分析。本文开展了天基平台大气临边观测下的恒星图像仿真和恒星定位及误差的相关研究,为星光天文导航和相机参数几何标定等应用提供了理论基础和技术支持。