星敏感器是天文导航系统的主要设备,是一种高精度、高可靠性的姿态测量部件。随着天文导航技术不断进步,星敏感器的硬件和软件技术得到了迅速的发展,尤其基于CMOS的星敏感器以其体积小、重量轻、精度高的特点成为近年来各国航天技术的发展热点。论文首先介绍了星敏感器的基本原理,并比较了CCD传感器和CMOS传感器的基本特点,为系统的研究工作提供了理论依据。论文接着深入分析了系统的核心部件CMOS图像敏感器STAR250的性能特点,并在此基础上,结合系统的应用要求,完成了一种高精度,低成本,低功耗的CMOS星敏感器的硬件设计。本论文研究的重点在FPGA逻辑的设计,包括四个部分的工作:设计了合理的时序驱动电路满足了STAR250传感器的时序要求;设计了一种简单有效的异步参数寄存器电路,有效防止了亚稳态的发生;设计了可靠的异步FIFO外围电路,保证了星图数据的传输;研究了星体目标亚像素质心定位算法的硬件实现。实验及结果分析表明,该系统能实现采全图和采分割图的工作方式,具有增益、积分时间、阈值等参数的调整功能,能够满足卫星上的姿态测量要求,是一种低成本、功耗低、处理速度快的高新能CMOS星敏感器硬件系统设计。