星敏感器是一种以恒星为参照物的矢量姿态敏感器,具有指向精度高、无姿态误差积累的特点。随着卫星轻小型化和自主导航技术的发展,基于星敏感器的卫星姿态确定系统的研究已成为国内外空间技术研究的热点之一。姿态确定系统利用星敏感器对星空拍照,经过恒星检测、星图识别和姿态确定,计算出星敏感器视轴在惯性坐标系中的瞬时指向,从而确定卫星的三轴姿态。本文设计了基于ARM9处理器的CMOS星敏感器原理样机的软件系统,提出了一种改进的星图识别算法和导航星库的构造方法。(1)从两个方面重点研究了星图识别算法:全天星图识别和局部天区星图识别。全天星图识别算法在三角形识别算法的基础上进行改进,以右手螺旋法则构造三角形模式的几何信息;局部天区识别算法利用前帧星图的视轴指向作为先验信息,根据星敏感器成像原理确定本帧星图所在天区,利用心型结构将观测星与局部天区内的导航星直接匹配。同时,系统能在两种星图识别方法中进行切换,提高了星图识别的正确率。(2)根据星图识别算法和星敏感器的探测灵敏度研究了导航星库的构造方法。建立了一个基于索引表分级检索的导航星库,该导航星库由三角形模式星表、赤经赤纬表、导航星单位矢量表组成。在PC机上以软件模拟星敏感器的工作原理产生模拟星图覆盖整个天区,仿真实验表明星图识别成功率达97%以上,姿态计算精度达到0.01度。该系统已经实现对星空成像,对猎户座序列实拍星图进行连续识别,成功率达到95%以上。实验表明,本文研究的软件系统满足卫星姿态确定的要求。