近年来,随着CMOS工艺技术和设计水平的不断进步,CMOS图像传感器已经在许多的领域得到了广泛的应用。CMOS图像传感器凭借其特有的诸多优点逐渐替代惯性陀螺被用于卫星、洲际战略导弹、宇宙飞船等飞行器的自主导航中。如何提高CMOS图像传感器的各项性能,满足不同的用途成为研究的热点。课题主要目标是针对CMOS图像传感器在星敏感器中的应用进行研究,提出低噪声、优结构的设计方案。并对方案进行了仿真,得出各项参数的实现效果。围绕这一主题,做了以下研究工作:在广泛阅读相关文献的基础上,首先对CMOS图像传感器的组成、基本工作原理、像素结构进行了详细介绍。接着分析了CMOS图像传感器的各个噪声源,并对感光单元进行了仿真。仿真结果表明,复位噪声会严重影响CMOS图像传感器成像质量。创造性的引入了一种新的复位策略,通过仿真可知其能消除不完全复位引入的噪声。然后介绍了CMOS图像传感器的另一个主要的噪声源—FPN噪声。分析了FPN噪声与感光单元各项参数之间的关系,采用CDS双采样电路消除FPN噪声。最后根据已有的分析设计能满足星敏感器需要的CMOS图像传感器结构。创造性的引入了一种新的CDS相关双采样电路,与传统的双采样电路分别进行仿真比较。得出在相同的环境和动态范围下,新的电路与传统的电路能够达到基本相同的性能。同时简化了电路结构,消除了失配的影响。