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星敏感器是一种以恒星位置为参考进行姿态测量和解算的矢量姿态敏感器,具有指向精度高、无姿态误差积累等特点,在高精度姿态确定系统中广泛采用。而传统的星敏感器普遍具有体积大、功耗高、质量重等不足,无法满足微小卫星的应用需求。本文针对微小卫星特别是皮纳卫星的平台特点,对微型星敏感器设计进行了研究和探索。本文的主要目标是探索采用工业级器件结合先进处理算法研制适用于皮纳卫星的高精度、高性能的微型星敏感器。论文主要的研究工作包括：(1)系统地描述了微型星敏感器设计的关键技术路径。通过可行性分析,确定了微型星敏感器的核心器件APS图像传感器和光学镜头的前端设计方案。在此基础上,研究设计了基于APS图像传感器的系统硬件方案,最终确定了采用DSP+CPLD+APS图像传感器的系统架构,完成了关键器件选型以及关键接口电路设计。(2)完成了系统软件流程分析和方案设计,包括含系统初始化、寄存器参数配置、拍照控制、图像处理及星图识别算法在内的DSP软件,以及图像采集与存储的CPLD相关软件。提出了一种改进的四连通域法,仅用一次遍历即可完成星体目标信息的提取,确定了导航星表的存储格式。(3)利用笔记本显示屏、可调节高度的光滑平台、带有滑块的滑轨和三轴精密位移平台等搭建了便携式功能型星模拟器,实现了基于matlab的“封装式”全天区星图模拟,完成了对所研制的星敏感器样机的地面测试。该星模拟器具有体积小、重量轻、成本低、方便移动等优点,满足星敏感器算法验证及功能测试要求。综上,本文在综合考虑卫星平台的各项约束的基础上,设计出了基于DSP+CPLD+APS图像传感器架构的微型星敏感器原理样机,并完成了相应的星敏感器软件设计。通过自行设计的便携式星模拟器,完成了对该星敏感器的地面功能验证。通过对指标的初步预算和地面测试表明,该星敏感器具有体积小、功耗低、重量轻、视场大、精度高等优点,满足皮纳卫星高精度姿态测量的需求。