天文导航是一种被动测量的导航技术,具有姿态测量精度高、抗干扰能力强的特点,在军事应用中一直占据无可替代的优势地位。近年来基于多视场星敏感器的天文自主导航成为天文导航发展的新趋势,然而该技术仍然处于静态模型验证阶段,目前还存在实际应用环境复杂、星图识别算法效率低以及定位定向误差分析不深入等问题。本文拟从上述问题出发,开展短波红外三视场空基星敏感器定位定向应用研究,具体研究工作包括以下几个方面:(1)空基平台短波红外三视场星敏感器星图仿真方法研究。深入分析空基平台恒星目标与背景特性,根据星敏感器成像机理和线性系统理论,构建基于2MASS星表的星敏感器成像链路仿真模型,综合考虑大气折射以及运动模糊对星点的影响,仿真获得想定平台位置、平台航向以及飞行时间等条件下的短波红外三视场空基星敏感器仿真星图,为后续短波红外三视场星敏感器星图识别算法与定位定向算法研究提供了数据输入,解决了目前星图识别算法测试与评估输入数据不足的问题。(2)空基平台短波红外三视场星敏感器星图识别算法研究。面向空基平台短波红外三视场星图识别需求,构建星点提取算法模型,仿真获得星点位置信息和亮度特征。基于仿真星图星点特征和导航星的模式信息,构建了分天区的导航数据库,视场间导航数据库大小仅为8.40Mb。根据三视场星图的星点分布特征,设计了一种基于天区划分的三视场星图识别算法,仿真结果表明:基于天区划分的三视场星图识别算法平均时间为0.0312s,识别成功率为96%,解决了多视场星图识别算法识别效率低、识别性能差的问题。(3)空基平台短波红外三视场星敏感器定位定向算法研究。针对空基平台高精度自主天文导航需求,基于倾角传感器、精密时间系统以及星敏感器特性构建天文自主导航定位定向模型。通过仿真实验分析倾角误差、时间误差、星敏姿态误差对定位定向模型的精度影响。为基于倾角传感器、精密时间系统和星敏感器的天文自主导航演示系统开发提供重要的理论指导。总之,通过短波红外三视场空基星敏感器星图仿真方法、星图识别算法以及定位定向算法的探索研究,可为基于星敏感器的天文自主导航技术在诸如远程战略轰炸机、临近空间飞行器、导弹等平台上的尝试应用提供重要的技术储备,为空基平台星敏感器的工程化应用提供可靠的技术支持。