地球敏感器作为一种重要的姿态确定传感器,已经被广泛应用于卫星等航天器的姿态控制系统中。卫星向着微小型方向的发展,对地球敏感器的体积、质量和功耗方面提出了进一步的要求。现有卫星上采用的传统地球敏感器主要基于光机扫描技术实现,存在体积大、功耗高、精度低的缺点,无法满足微小卫星对姿态敏感器的要求。针对现有地球敏感器的不足,本文提出了一种适合于微小卫星姿态确定的地球敏感器设计方法。该敏感器主要基于红外焦平面成像技术和全景环形成像技术实现对地球姿态信息定位。这两种技术都是静态成像,无需活动扫描部件,故能实现小体积、轻质量等优点,采用红外焦平面成像和全景环形成像交替用于卫星的阴影区和光照区,由于全景环形成像的图像质量高,所需的功耗少,故这种成像方式能提高敏感器的整体定姿精度和减少整个地球敏感器的功耗。该敏感器还采用相同的后端硬件处理电路系统实现整个地球敏感器的姿态定位,从而使系统功耗得到进一步的降低。故该敏感器有体积小、质量轻、功耗低的优点。本文从地球敏感器的原理出发,提出了包括光学系统设计、图像传感器及后端处理硬件电路设计在内的系统设计方案。本文采用红外热成像组件D780C实现焦平面红外成像,采用浙江大学研制的全景环形镜头和CMOS图像传感器实现全景环形成像,然后着重介绍本文设计的地球敏感器后端数字信号处理电路的设计,包括硬件系统和软件系统设计。本文给出了两套具体地硬件系统实现方案,一套用FPGA+DSP架构实现,另外一套用具有视频接口DSP实现。第一套方案地优点在于灵活,但结构复杂。第二套方案主要优点在于结构简单,但灵活和通用性不大。本文的软件系统设计包括系统架构设计和地球敏感器姿态定位算法设计。软件系统架构设计采用了实时操作系统DSP/BIOS多任务多线程实现。本文针对地球敏感器的设计原理,提出了一种姿态角定位计算的图像处理算法。该算法具有较高的姿态角测量精度和较高的抗干扰性和可靠性,具有很强的实用性。为了对地球敏感器的测量精度进行标定,本文搭建了一套地球敏感器测试平台。本文在分析地球敏感器测量模型下,制作了一个地球模拟器用于精度地标定并且介绍了整个实验平台的搭建方法。最后,本文在该实验平台基础上对敏感器进行了标定和测试工作,同时还对实验结果进行了分析,给出了系统的实测指标。实验结果表明该地球敏感器的测试精度为0.1°、灵敏度为0.01°,处理速度在每秒5-10帧图像,满足微小卫星定姿系统的要求。