星敏感器是以恒星為參照系，以星空為工作對(duì)象的高精度空間姿態(tài)測(cè)量裝置，通過(guò)探測(cè)天球上不同位置的恒星并進(jìn)行解算，為衛(wèi)星、洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈、宇航飛船等航空航天飛行器提供準(zhǔn)確的空間方位和基準(zhǔn)，并且與慣性陀螺一樣都具有自主導(dǎo)航能力，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　隨著新材料，新器件的出現(xiàn)和工藝技術(shù)的進(jìn)步，精度提高，功耗減小，成本降低，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛的新型星敏感器不斷推出，大家越來(lái)越注重星敏感器誤差的問(wèn)題，這篇文章就要主要星敏感器精度測(cè)量的，只有達(dá)到更精準(zhǔn)的測(cè)量才能夠盡量的避免誤差，一起來(lái)了解一下。

　　星敏感器精度測(cè)量解析

　　由于單星測(cè)量精度能夠徹底影響光軸的指向精度、姿態(tài)角的測(cè)量精度以及系統(tǒng)噪聲等，所以單星測(cè)量精度是星敏感器整體精度的基石也是其關(guān)鍵所在。這里用星等來(lái)表征星體的亮度，星等數(shù)值越小表示該星體越亮，同時(shí)也越容易被觀測(cè)到。

　　實(shí)際能夠用到的星體的星等在 0~7 范圍內(nèi)，且前一星等的平均亮度是后一星等的2.51 倍。星等的精度主要受宇宙背景輻射、雜散光、星敏感器自身精度等誤差源的影響，這些誤差會(huì)造成丟星現(xiàn)象，使星圖失真。

　　為了得到盡可能真實(shí)的星圖，就需要把這些誤差對(duì)星等的影響都考慮成零均值的高斯白噪聲來(lái)繼續(xù)分析。星圖中星體的灰度強(qiáng)弱受星體的星等大小和星敏感器的曝光時(shí)間長(zhǎng)短的影響較大，且星等數(shù)值越高，灰度值越大。由于計(jì)算機(jī)灰度級(jí)有限，只有 256 個(gè)灰度級(jí)，所以星體灰度的考慮范圍在 0~255 之間，星等與灰度的關(guān)系可如下表示：

　　其中：m 為星體的星等；Mmax為星敏感器能夠敏感到星等的最大值，它是星敏感器的主要指標(biāo)之一；g 為星圖中星體的灰度。當(dāng)觀測(cè)的星體星等超過(guò)此最大值時(shí)，按最大值計(jì)算。由于成像灰度大小隨曝光時(shí)間的長(zhǎng)短成正比，所以在上式的基礎(chǔ)上，引入曝光時(shí)間來(lái)繼續(xù)考慮，又因?yàn)椴煌敲舾衅鞯钠毓鈺r(shí)間不同，所以可以用能表征不同星敏感器的曝光系數(shù)H來(lái)表示灰度與曝光時(shí)間的關(guān)系即：

　　其中，為考慮曝光時(shí)間的灰度值。

　　一般把星目標(biāo)當(dāng)作理想的點(diǎn)光源，當(dāng)它的輻射能量在滿足一個(gè)聚焦平面時(shí)，在正常情況下星點(diǎn)的像則會(huì)充滿一個(gè)像元空間，又因?yàn)閱蝹€(gè) CCD 像元的角分辨率主要影響著它的指向精度，所以可以定義一個(gè)像元的角分辨率為：

　　其中，表示 FOV 的角度； 表示一行或一列像元的數(shù)目。

　　普通情況下，星點(diǎn)目標(biāo)總會(huì)聚集于一小塊圓形的連續(xù)像元區(qū)域里，而焦平面上的星象能量分布取決于星敏感器中的光學(xué)系統(tǒng)，所以可以用光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來(lái)表示此番能量分布，進(jìn)而可以把它近似成二維高斯分布函數(shù)來(lái)表達(dá)，而且在僅僅 33? 的像元區(qū)域內(nèi)就聚集了 80% 的主能量：

　　其中：為方差，δ根據(jù) 的取值不同，星體能量的分布也就會(huì)有所不同。星敏感器的曝光時(shí)間長(zhǎng)短與成像灰度值大小可成正比，所以時(shí)間也會(huì)與方差成正比，且滿足：

　　在δ 取 0.7 時(shí)，星等值5.3的星體所成的像的中心大概能達(dá)到 255 個(gè)灰度；當(dāng)星等高于 5.3 時(shí)，灰度則會(huì)溢出，可以通過(guò)調(diào)整曝光系數(shù) H 的大小來(lái)控制灰度的溢出。其次，當(dāng) CCD 星敏感器工作時(shí)很容易受到天氣情況的影響，如：大氣折射、雜散光、星云和星團(tuán)等，其中受雜散光的影響最為顯著。當(dāng)它在夜晚工作時(shí)，雜散光較弱，對(duì)星體成像影響較小，但在白天運(yùn)行時(shí)，雜散光就會(huì)比較強(qiáng)，這就直接影響到了星體質(zhì)心的提取精度。在星圖中這種影響主要的體現(xiàn)就是高亮度，使一些星等數(shù)較高的星體不易被識(shí)別。

　　單星測(cè)量誤差除此之外還有很多種，主要有 A/D 轉(zhuǎn)換器引入的量化誤差、光學(xué)鏡頭像差、CCD 自身噪的聲、細(xì)分算法誤差、光學(xué)鏡頭畸變以及電子線路噪聲等引起的誤差。對(duì)于一個(gè)明確系統(tǒng)的星敏感器而言，想要提升它自身測(cè)量精度，可以通過(guò)以下幾個(gè)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)：多星的統(tǒng)計(jì)和多幀的統(tǒng)計(jì)以及超高精度的亞像元內(nèi)插細(xì)分方法。前兩種是通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法排除自身隨機(jī)誤差從而來(lái)加強(qiáng)測(cè)量精度的穩(wěn)定性能，最后一種是擴(kuò)大星點(diǎn)位置測(cè)量精度的極限，可以說(shuō)是從根本上解決的一種手段。

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