测绘卫星是目前获取境外目标空间信息的主要技术手段,为实现摄影定位卫星无地面控制条件下的目标定位,在卫星对地摄影的同时,必须对星空的恒星进行拍摄,通过处理恒星影像来获取地像片摄影瞬间的姿态角元素。这些姿态数据在卫星摄影测量定位中将起到重要的控制作用:能有效地抑制系统误差的累积,或在无地面控制时,与轨道数据一同使用,通过构建摄影测量控制网和区域网的平差计算,达到精确测定目标点和控制网点坐标的任务。像片姿态的计算原理是双矢量定姿原理以及摄影测量中的共线方程。通过以下步骤求得地像片的姿态角:即根据精确量测所得的恒星影像坐标,经解析定向,将星像点坐标归化到框标坐标系中;利用快速找星算法从星表数据库中查找与其相对应的恒星天球坐标,并按标准历元进行恒星视位置化算;利用归化过的星像点坐标和相应的恒星天球坐标(经过视位置化算)按共线方程组成误差方程,采用最小二乘法平差答解求出摄影瞬间星像片的姿态角;通过建立星地相机空间数据转换模型,确定出地像片姿态角,为摄影定位卫星提供高精度的姿态数据。主要成果和结论如下:(1)利用图像处理技术自动判认恒星像片框标点和星像点,并精确量其像点坐标,解决了恒星影像的框标点和星像点的自动判认和量测问题。(2)根据矢量定姿原理,建立了高精度星像片姿态计算模型,并综合利用J2000星表数据库和恒星视位置的计算方法,使判星能力得到提高,并显著提高了星像片姿态的计算精度和可靠性。(3)研究了快速实用的自动找星算法。能够根据星像点的量测坐标,采用快速查找算法,从星表数据库的数十万条记录进行筛选,找出与星像点相对应的恒星。(4)建立了星地相机空间数据转换模型,研究开发了基于数字影像的卫星像片姿态计算系统。(5)实际处理了63张恒星影像,所判的星像点数量多且分布均匀,满足了整体可靠性和整体精度指标要求,姿态角精度平均为m_α,m_δ≤0.8″,m_κ≤5″。(6)卫星像片姿态数据应用于卫星像片空中三角测量的加密结果,得知有像片姿态角控制比无像片姿态角控制的加密精度要好得多,表明像片姿态角控制能有效地消除系统误差累积,提高了整体精度。