随着科学技术的不断发展与进步,光学望远镜的制造精度和探测能力有了极大的提升,其应用也由天文观测延伸到人造卫星跟踪测量、在轨目标监视识别、自由空间激光通信、引力波测量、空间科学探索等,使用更大口径的光学望远镜对目标进行精密探测也成为一种趋势。大口径镜面能够有效提高望远镜角分辨率、极限探测能力等指标,同时也为望远镜指向精度带来挑战。指向精度受到制造、安装以及使用环境中的多项因素所造成的影响,导致观测精度和效率下降。指向精度是衡量望远镜性能的关键指标,也是一个重要的研究方向。传统提高指向精度的方式主要是通过提高望远镜结构刚度、机械零件加工精度、更换高分辨率编码器等方式,但这种方式已逐渐逼近各元器件的加工和制造极限,难以进一步提高,同时过于精密的零部件也对加工工艺提出了更为苛刻的要求,不利于望远镜的日常维护,引起制造成本的激增。天球上的天体广泛分布在全天区,且其位置可以准确计算,是望远镜指向误差修正的理想标准源。天文定向技术根据天体的位置对指向进行估计,不需要建立望远镜误差模型,具有更高的指向修正精度。随着计算机技术、光电探测技术的不断进步,基于天文定向技术对望远镜实时进行角秒级甚至亚角秒级精度的指向修正成为可能,目前,该方式是对望远镜进行高精度指向修正的主流方式,具有极高的研究价值与应用价值。本论文中所研究的望远镜具有图像中暗星多、视场大、指向修正精度及速度性能指标要求高的特点,结合实验室设备的具体工作环境与指标要求,对天文定向过程中的若干问题进行了讨论,并重点对高鲁棒性星图识别算法、光学系统畸变修正以及实时指向修正问题进行了研究,具体如下:第一,对天文定向中的星图识别算法进行了研究。在对传统星图识别算法的优缺点做出分析之后,结合工程环境与要求,提出了一种高鲁棒性的星图识别算法,用以解决部分望远镜参数含有误差甚至缺失条件下的准确识别问题。使用实测星图对多种星图识别算法进行测试,根据测试结果对星图识别算法的运算速度、检出率、虚警率、漏警率、鲁棒性等关键指标进行了分析。第二,根据地平坐标系转换至像素坐标系中的公式,结合各个误差源之间的相关性,建立了新的畸变误差修正方法。该方法基于模拟退火算法,能够同时对指向、畸变以及多个望远镜参数进行最优估计。通过实测图像对畸变修正算法进行了测试,并对修正结果的运行速度、精度、稳定性进行了分析。第三,本论文在望远镜畸变系数和参数最优估计结果的基础上,提出了一种望远镜指向快速修正方法。通过实测数据对相应修正方法的有效性、速度、精度等指标进行测试,并对结果进行了分析和讨论。综上所述,本论文对望远镜指向修正中若干关键问题进行了研究和讨论。同时,鉴于结构和原理的相似性,本论文中的一些方法可以为其它平台的光电跟踪设备指向修正、畸变修正、恒星识别等问题提供可以参考的经验。