以恒星为参考目标进行姿态测量和解算的星敏感器,是当前指向精度最高的敏感器,广泛应用于空间任务中。随着航天器向着小型化、低功耗、轻质量等方向发展,传统的星敏感器已不再适用微纳卫星的发展要求,因此,论文围绕着适用微纳卫星上微型星敏感器系统设计和实现展开研究。(1)系统描述了CMOS图像传感器成像特性,对CMOS图像传感器在工作原理、性能指标以及特性等方面展开了分析研究,确定了以CMOS图像传感器为微型星敏感器成像器的设计方案。(2)针对星点质心提取精度直接影响航天器姿态确定精度问题,论文在对当前常用的星点提取算法进行系统的研究的基础上,对星点质心提取算法进行了仿真分析,对星点质心细分定位算法进行分析研究,并对星点噪声对质心法的定位精度影响进行了仿真分析,结果表明平方加权质心法质心定位相对坐标误差在0.35像素内,具有更好的抗噪声能力。(3)基于初始姿态捕获和星跟踪两种基本模式相关算法进行了研究和分析,分别提出了一种改进的网格法算法和一种ROI快速跟踪方法,并分别进行了仿真分析,验证了算法与方法的可行性和可靠性,并给出一种新颖的星敏感器模式:月球跟踪模式,并对该模式进行了详细的分析研究,表明月球跟踪模式是一种可行的工作模式。(4)对微型星敏感器在系统指标和设计等方面进行介绍和分析,设计出一款可直接用于微纳卫星的微型CMOS星敏感器,尺寸为64mm?64mm?82mm,质量不到400g,系统峰值功耗在1W左右。