星敏感器是以恒星為參照系，以星空為工作對(duì)象的高精度空間姿態(tài)測(cè)量裝置，通過探測(cè)天球上不同位置的恒星并進(jìn)行解算，為衛(wèi)星、宇航飛船等航空航天飛行器提供準(zhǔn)確的空間方位和基準(zhǔn)，并且和慣性陀螺一樣都具有自主導(dǎo)航能力，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　星敏感器工作原理為：圖像傳感器拍攝當(dāng)前視場(chǎng)范圍內(nèi)的星空?qǐng)D象，圖像經(jīng)信號(hào)處理，提取星體在觀測(cè)視場(chǎng)中的位置（和亮度）信息，并由星圖識(shí)別算法在導(dǎo)航星庫(kù)中找到觀測(cè)星的對(duì)應(yīng)匹配，用這些匹配星對(duì)計(jì)算出星敏感器的三軸姿態(tài)。

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　　星敏感器總體結(jié)構(gòu)包括：光學(xué)系統(tǒng)、CMOS圖像電路、FPGA處理電路、DSP數(shù)據(jù)處理電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部分。圖像鏡頭中，成像在CMOS圖像傳感器的焦平面上。FPGA中驅(qū)動(dòng)電路對(duì)CMOS發(fā)出時(shí)序控制信號(hào)，CMOS正常工作后，讀取圖像數(shù)據(jù)，預(yù)處理讀取的圖像數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)位的轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)的星點(diǎn)細(xì)分定位。將所得的星點(diǎn)位置和亮度信息傳輸給數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）進(jìn)行星圖識(shí)別和星體目標(biāo)跟蹤，最后輸出姿態(tài)信息。

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　　星敏感器通常包含全天球識(shí)別工作模式和星跟蹤工作模式。在全天球工作模式下，星敏感器通過光學(xué)鏡頭在視場(chǎng)范圍內(nèi)拍攝得到星圖，經(jīng)過星點(diǎn)質(zhì)心定位、星圖識(shí)別和姿態(tài)解算等步驟之后，直接輸出姿態(tài)信息。在星跟蹤模式下，星敏感器利用先驗(yàn)姿態(tài)信息，進(jìn)入星跟蹤算法模塊，通過局部的星點(diǎn)質(zhì)心定位和識(shí)別最終解算出當(dāng)前姿態(tài)信息。

　　截止到目前為止，研究人員已經(jīng)研制出很多不同類型的星敏感器產(chǎn)品并且成功應(yīng)用。在研究過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)通過采用多視場(chǎng)的星敏感器設(shè)計(jì)方法，可以在不改變探測(cè)星等的情況下減小視場(chǎng)，保證星敏感器的姿態(tài)測(cè)量精度。

　　現(xiàn)如今，天文自主導(dǎo)航已經(jīng)成為航天器技術(shù)中重要的領(lǐng)域，也是未來發(fā)展的主要趨勢(shì)。作為高精度的姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，星敏感器必然有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。

　　本文由石家莊藁城區(qū)興安鎮(zhèn)中學(xué)高級(jí)教師崔會(huì)欣進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)。???

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