本发明公开一种基于可观性分析的星光折射导航观星方案优化设计方法，包括：根据给定的观星时长和星敏感器调姿准备时长，计算出观星次数上限；加载预存储的飞行器标准轨迹，基于所述观星次数上限确定出每个观星时段开始时间的搜索上限、搜索下限，得到搜索的线性约束，根据所述搜索的线性约束，生成每个观星时段的开始时间和观星时对应的偏航角；最后，以所述每个观星时段的开始时间和观星时对应的偏航角为优化变量，构建目标函数，运行优化算法，确定使所述目标函数达到最大时每个观星时段的开始时间和对应的偏航角。本发明通过以观星开始时刻和偏航角为优化变量，形成以折射星观测性能为优化指标的观星方案，有利于提高星光折射的导航精度。