星敏感器是一种重要的姿态测量仪器，由于其具有精度高、抗干扰能力强、 能自主导航的特点，因此在航天领域被广泛应用于卫星的姿态测量。随着人类航 天事业的发展，航天任务对航天器姿态测量精度的要求越来越高，星敏感器的性 能受到了挑战。星敏感器通过获取星图并计算星图中星点的质心进而完成姿态测 量。对于星敏感器来说，在成像过程中受到的来自器件内部和外部的影响会使得 星图质心定位精度降低，姿态测量误差增大。因此研究如何高效去除星图噪声、 提高星点质心定位精度是发展高精度星敏感器的重要手段。 本文的主要研究内容分为以下几个部分。 (1)介绍了星敏感器的工作原理以及制约星敏感器姿态测量精度的关键因素。 对质心定位精度的影响因素进行了分析，总结了国内外针对星图背景噪声及单粒 子噪声的星图去噪技术的发展现状。 (2) 对星敏感器星图中星点的成像特征进行了分析，分析了星图背景噪声的 类型及成因。接下来从物理机制出发针对空间单粒子效应进行了分析，根据其物 理过程和在星图中的成像特点建立了单粒子噪声星点的灰度响应模型。分析了单 粒子噪声对星点质心定位的影响。 (3) 针对星图背景噪声的相关去噪算法展开研究。分析了数学形态学滤波的 原理，并研究了将形态学滤波运用于星图背景噪声去噪的可行性。对适用于星图 背景噪声消除的形态学滤波结构元素进行了研究，通过对比实验分析确定结构元 素形状和尺寸。通过仿真验证了形态学滤波的星图去噪方法，对本方法在不同噪 声强度下的稳健性进行了测试。 (4) 针对抗星敏感器单粒子效应的星图去噪方法展开研究，去除星敏感器遭 受单粒子效应时出现在恒星星点弥散范围内的高亮噪声点。结合单粒子噪声星点 的灰度响应模型和星图中星点的成像特征构建 PSF 参考模型，推导了 PSF 模型 中关键参数的估计方法。通过 PSF 参考模型以及高斯边窗滤波对单粒子噪声星 点进行校正。最后通过仿真验证了算法的有效性。 (5) 设计了针对星图背景噪声和单粒子噪声两方面问题的综合实验。使用本文方法对真实星图和模拟星图进行处理。对本文算法在不同噪声强度下的稳健性 进行了测试。针对本算法在星敏感器实际应用条件下的性能，通过真实星图和模 拟星图叠加的方式进行了测试，结果表明本文算法能极大程度提升星图信噪比。