太阳敏感器作为卫星姿态控制系统的关键部件之一，主要包括光学头部、图像传感器和信号处理电路三个部分。利用SoC技术将信号处理电路进行系统集成，有利于太阳敏感器朝着小型化、低功耗及高可靠性的方向发展，使其更加适应卫星小型化的发展需求。本文首先介绍了数字太阳敏感器的工作原理和数字太敏信号处理SoC的基本结构，详细论述了太阳质心算法及其硬件结构和软件功能，然后重点展开了对数字太敏信号处理SoC的功能验证和性能验证。由于太阳质心算法需要硬件和软件同时执行，为了能够对系统的全局功能进行更合理的验证，本文采用软硬件协同仿真的方法对整个数字太敏信号处理SoC进行了验证，主要检验太阳质心算法软硬件设计的功能是否正确以及软硬件能否协调工作。接下来在XILINX FPGA上对系统进行了实现，利用FPGA原型验证方法进一步对数字太敏信号处理SoC进行了功能验证和性能验证，并对太阳质心算法的误差进行了分析。验证结果表明，在理想情况下，太阳质心算法的计算精度能达到0.001°；当存在0.4°以内的X轴旋转误差时，计算精度大约为0.2~0.4°；当存在0.4°以内的Z轴旋转误差时，计算精度大约为0.1°。本文最后按照基于硅虚拟原型的扁平化设计流程在SMIC90nm工艺下完成了数字太敏信号处理SoC芯片的物理设计。鉴于工艺尺寸缩小对芯片性能的影响，重点考虑了时序的收敛和信号完整性，并进行了面向良率的设计。最终芯片面积为4218μm×4143μm，系统时钟频率200MHz，功耗297.4mW。