环绕目标飞行是小天体探测任务的重要阶段,自主光学导航具有导航精度高、生存能力强、成本低等特点,是实现绕飞小天体的关键技术之一。本学位论文考虑小天体绕飞探测的特点,针对导航特征识别、探测器位姿估计、自主导航定位等问题,开展了基于图像特征的绕飞小天体自主光学导航方法研究。论文主要内容如下:首先,建立小天体绕飞动力学模型和导航观测模型,并设计了绕飞阶段的导航系统方案。建立了探测器轨道和姿态动力学模型,给出了基于透视投影的导航系统观测模型,在此基础上,考虑小天体表面成像特点,设计了基于机会区域特征和陨石坑特征的自主导航方案。其次,研究了基于图像机会区域特征的相对位姿估计方法。针对小天体表面地形成像呈明暗变化的特点,定义了一种基于兴趣区和明暗过渡区的图像机会区域特征,给出机会区域特征的描述及搜索准则,在此基础上,利用改进最近点迭代法对序列机会区域特征匹配,结合归一化八点法实现探测器相对位姿估计。再次,研究了基于陨石坑特征的探测器绝对导航方法。考虑小天体表面陨石坑成像特点,采用二维最大熵阈值分割法对陨石坑明暗区域进行分割,结合分水岭法完成潜在陨石坑区域的标记与检测,并通过虚拟控制点的成像分析,利用比例正交投影迭代变换法实现探测器的快速绝对位姿估计。最后,搭建了绕飞小天体光学导航半物理仿真系统,并开展了仿真实验分析。搭建了光学导航半物理仿真系统,通过对小天体表面地形特征的模拟和成像,完成了机会区域特征和陨石坑特征检测方法性能的仿真实验分析。