随着卫星应用技术的快速发展,星敏感器在空间飞行器姿态确定方面得到了广泛应用。由于研制周期及试验费用的限制,在星敏感器系统方案设计、指标论证、定型测试过程中,迫切需要开展星图仿真、星点目标提取算法评估等系列关键技术研究。本文针对星敏感器实际在轨工程应用需求,基于恒星目标与星空背景杂光特性分析,开展星敏感器在轨星图仿真与实现方法、星点目标提取算法性能评估研究,具体研究工作包括以下几个方面:(1)恒星目标与背景特性分析。从基本辐射理论出发,深入研究恒星目标与背景杂光传输特性。依据星敏感器的光轴指向和视场范围,在SAO星表中检索可视星点,对获取的星点作坐标变换和星等变换,通过二维高斯分布模型对目标星点进行灰度扩散,利用散焦技术完成星点目标仿真。基于Solidworks软件构建杂光抑制结构模型,将模型导入Tracepro软件,设置杂光光源参数,通过光线追迹实现不同入射角度下的杂光特性仿真,研究结果为后续星图仿真提供了输入数据。(2)星敏感器星图仿真。通过探测器件选型、光学系统设计完成星敏感器系统总体设计。基于星敏感器系统设计参数,将不同角度的杂光仿真结果与星点目标仿真结果进行叠加,完成静态星图仿真。同时,根据卫星的轨道参数、太阳的轨道参数以及观测时间,计算相机的光轴指向与太阳光的夹角,将此光轴指向下的星点仿真图与对应角度下的杂光仿真图进行叠加,实现星敏感器动态星图仿真。最后,完成星图仿真软件的设计。(3)星点目标提取算法实现与评估。通过灰度统计、阈值分割、连通域划分等一系列对仿真星图的图像预处理操作,实现星点目标与星空背景、单个星体目标与其他目标的有效分离。采用质心算法、改进的质心算法、高斯拟合算法三类星点提取方法对预处理的星图进行星点质心定位,并计算输出星点的质心坐标。对不同噪声、杂光影响下的仿真星图进行星点目标质心定位误差分析,评定了算法的目标提取精度。总之,通过恒星目标与背景特性分析、星敏感器星图仿真以及星点目标提取算法性能评估等系列研究工作,合理地模拟了星敏感器在轨工作过程,有效实现了星点目标提取算法的评估,为星敏感器系统的设计提供理论基础与技术方法,为星敏感器产品的出厂鉴定提供测试与评估手段。