随着我国航空航天任务需求的日益增长以及航空航天技术的快速发展,自主导航已成为探测器实现自主运行与管理的关键技术。自主姿态测量是图像传感器自主导航系统的基本功能,在众多姿态测量设备中,星敏感器因具备高精度、全自主、误差不随时间累积等优点,已成为航空、航天、航海等多领域多平台导航系统必不可少的姿态测量设备。卫星平台星敏感器已得到广泛应用,其星敏感器技术也相对较为成熟,当前基于CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器的星敏感器是主流星敏感器技术方向。然而,随着卫星平台对导航、控制精度需求的不断提升,其姿轨控系统对星敏感器的姿态测量精度、可靠性等也提出了更高的要求。而星敏感器工作在复杂多样的空间环境中,各种空间辐照效应势必会影响星敏感器的性能。空间辐照效应主要通过粒子和电磁作用于在轨设备,其中质子辐照效应会对CMOS图像传感器带来较大影响。为了探索质子辐照对CMOS星敏感器的性能(主要研究星敏感器精度)的影响,开展了相关研究工作。本文主要研究工作分为以下三点:1、提出了一种基于星对角距测量的星敏感器的星点质心位置精度评估方法。星敏感器的星点质心位置精度会直接影响星敏感器的姿态测量精度,然而,对于单个星点而言,其星点质心位置精度很难进行直接测量。目前已有方法多数是通过理论计算或测量星点质心位置重复性对其进行评估,这些方法得到的结果不能客观准确反应星点质心位置测量精度。因此,本文提出了一种实验测量星对角距与理论解算星点质心位置精度相结合的测量方法,并采用计算机仿真对该方法进行了理论分析。该方法不仅适用于多星匹配式星敏感器,也适用于单星跟踪式星敏感器,能够实现星点质心位置精度的评估。2、为研究图像传感器辐射损伤对星敏感器性能(主要是星点质心位置精度)的影响,基于提出的星敏感器的星点质心位置精度评估方法,设计了一套实验室测试系统及评估方案。采用经不同能量(3Me V,60Me V)的质子辐射源在不同注量的条件下辐照的CMV4000图像传感器,利用配套的星敏感器镜头及图像采集系统,搭建了星敏感器星点质心位置精度测量的实验系统。采集大量星图并进行数据处理,得到了不同质子辐照效应和星点质心位置精度之间的关系。3、为避免实验室测试设备带来的误差,设计了外场观星实验方案。搭建外场观星实验测试系统,采用60Me V高能质子辐射源在不同注量的条件下辐照的CMV4000图像传感器,利用同样的星敏感器系统,开展外场观星实验。实验结果表明:基于经过质子辐照的CMV4000图像传感器的星敏感器,其性能会产生退化;对于不同能量辐照源的质子辐照,3Me V低能质子辐照后的星敏感器的质心位置精度低于60Me V高能质子辐照后的星敏感器的质心位置精度;对于相同能量质子辐照的CMV4000图像传感器,随着质子辐照注量的增大,星敏感器暗电流增大,系统信噪比降低,星敏感器探测灵敏度降低,星点质心位置精度也随之降低;当辐照注量大于50Krad时,相同设置参数条件下星敏感器拍摄的外场夜空星图,已无法正确提取全部星点质心坐标,无法准确完成星图匹配功能。本文研究成果为开展CMOS星敏感器性能受空间质子辐照影响工作提供了理论和实验基础,也对星敏感器开展防辐照设计工作有一定的参考价值。