星敏感器是以恒星為參照系，以星空為工作對象的高精度空間姿態(tài)測量裝置，通過探測天球上不同位置的恒星并進行解算，為衛(wèi)星、洲際戰(zhàn)略導彈、宇航飛船等航空航天飛行器提供準確的空間方位和基準，并且與慣性陀螺一樣都具有自主導航能力，具有重要的應用價值。
隨著新材料，新器件的出現(xiàn)和工藝技術(shù)的進步，精度提高，功耗減小，成本降低，應用領(lǐng)域日益廣泛的新型星敏感器不斷推出，大家越來越注重星敏感器誤差的問題，這篇文章就要主要星敏感器精度測量的，只有達到更精準的測量才能夠盡量的避免誤差，一起來了解一下。
星敏感器精度測量解析
由于單星測量精度能夠徹底影響光軸的指向精度、姿態(tài)角的測量精度以及系統(tǒng)噪聲等，所以單星測量精度是星敏感器整體精度的基石也是其關(guān)鍵所在。這里用星等來表征星體的亮度，星等數(shù)值越小表示該星體越亮，同時也越容易被觀測到。
實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，這些誤差會造成丟星現(xiàn)象，使星圖失真。
為了得到盡可能真實的星圖，就需要把這些誤差對星等的影響都考慮成零均值的高斯白噪聲來繼續(xù)分析。星圖中星體的灰度強弱受星體的星等大小和星敏感器的曝光時間長短的影響較大，且星等數(shù)值越高，灰度值越大。由于計算機灰度級有限，只有 256 個灰度級，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之一；g 為星圖中星體的灰度。當觀測的星體星等超過此最大值時，按最大值計算。由于成像灰度大小隨曝光時間的長短成正比，所以在上式的基礎上，引入曝光時間來繼續(xù)考慮，又因為不同星敏感器的曝光時間不同，所以可以用能表征不同星敏感器的曝光系數(shù)H來表示灰度與曝光時間的關(guān)系即：
其中，
為考慮曝光時間的灰度值。
一般把星目標當作理想的點光源，當它的輻射能量在滿足一個聚焦平面時，在正常情況下星點的像則會充滿一個像元空間，又因為單個 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，星點目標總會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系統(tǒng)，所以可以用光學系統(tǒng)的點擴散函數(shù)來表示此番能量分布，進而可以把它近似成二維高斯分布函數(shù)來表達，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有所不同。星敏感器的曝光時間長短與成像灰度值大小可成正比，所以時間也會與方差成正比，且滿足：
在δ 取 0.7 時，星等值5.3的星體所成的像的中心大概能達到 255 個灰度；當星等高于 5.3 時，灰度則會溢出，可以通過調(diào)整曝光系數(shù) H 的大小來控制灰度的溢出。其次，當 CCD 星敏感器工作時很容易受到天氣情況的影響，如：大氣折射、雜散光、星云和星團等，其中受雜散光的影響最為顯著。當它在夜晚工作時，雜散光較弱，對星體成像影響較小，但在白天運行時，雜散光就會比較強，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別。
單星測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、光學鏡頭像差、CCD 自身噪的聲、細分算法誤差、光學鏡頭畸變以及電子線路噪聲等引起的誤差。對于一個明確系統(tǒng)的星敏感器而言，想要提升它自身測量精度，可以通過以下幾個辦法來實現(xiàn)：多星的統(tǒng)計和多幀的統(tǒng)計以及超高精度的亞像元內(nèi)插細分方法。前兩種是通過統(tǒng)計學方法排除自身隨機誤差從而來加強測量精度的穩(wěn)定性能，最后一種是擴大星點位置測量精度的極限，可以說是從根本上解決的一種手段。
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