3. 恒星天体测量基础与星表使用
星敏感器之所以能输出姿态，根本原因在于它“认识”天上的恒星。它把星图中提取出的星点质心位置，与内部存储的恒星参考星表进行匹配，再由匹配成功的恒星方向反解出姿态四元数。因此，恒星天体测量基础与星表使用，是星敏感器算法链路的“数据底座”。本节围绕星等、色温、恒星光谱、星表类型、星表误差、星表分区索引，以及星表在星敏感器中的存储与检索方法展开。
一、星等、色温与恒星光谱
星等描述恒星的亮度。星等数值越小，恒星越亮，且为对数尺度：相邻 5 个星等对应亮度比 100 倍，即每差 1 等约 2.512 倍。工程上常用两个量：视星等 m 表示在地球处接收到的辐照度对应亮度；绝对星等 M 表示把恒星放到 10 pc 处的亮度。星敏感器最关心的是视星等，因为它直接决定探测器上能否提取到该星点。
星敏感器的探测能力通常用极限星等描述。例如某星敏感器在 10 ms 曝光、太阳规避角 30° 条件下极限星等为 +6.0 Mv，意味着星表中亮于该值的恒星才可能被稳定提取。星等还影响质心精度：亮星信噪比高、质心稳定，暗星在接近极限星等时质心抖动明显。因此星表筛选时常设置“星等窗口”，如保留 2.0～6.0 Mv 的恒星，既保证有足够星数，又避免过亮星导致饱和。
色温与光谱型描述恒星辐射的能量分布。恒星光谱按温度从高到低分为 O、B、A、F、G、K、M 等型，色温从数万开尔文到约 3000 K。色温影响两个工程问题：一是探测器响应，硅基 CCD/CMOS 在近红外响应较强，偏红恒星（K、M 型）在相同视星等下可能产生更多电子；二是星等系统本身，不同波段测得的星等不同，常见有 V 星等（可见光）、B 星等（蓝光）和 R 星等（红光）。星敏感器通常工作在 500～900 nm，因此星表应尽量提供与探测器响应匹配的星等，或提供色指数 B−V 用于修正。
二、星表类型与星表误差
星表按用途可分为三类。第一类是全天大星表，如 Hipparcos、Tycho-2、Gaia DR3，星数从十万到十几亿，精度高但数据量大，适合地面处理与高精度定标。第二类是星敏感器专用星表，通常从大星表中按星等、双星间距、位置精度等条件裁剪得到，星数约几千到几万颗，兼顾精度与存储。第三类是导航星表，进一步压缩为“均匀分布、亮度适中、易于识别”的子集，用于星图识别。
星表误差主要来自三方面：位置误差、自行误差和星等误差。位置误差是恒星在参考历元（如 J2000.0）的赤经赤纬不确定度，Gaia 亮星可达毫角秒级，早期星表约几十毫角秒。自行是恒星在天球上的横向运动，单位 mas/yr，高自行星（如巴纳德星约 10.3 arcsec/yr）若未修正，几十年后位置偏差可达角秒级。星等误差影响星点提取阈值和亮度加权。星敏感器设计时，通常要求星表位置误差小于星敏感器单星测量误差的 1/3～1/5，例如单星精度 5 arcsec 时，星表位置误差应优于 1～1.5 arcsec。
三、星表分区索引与存储检索
星敏感器在轨运行时，需要在毫秒级内完成“以星点为中心、在星表中查找候选星”的操作。若直接遍历全表，几万颗星逐一比较，计算量不可接受。因此必须建立分区索引。常用方法有赤道带分区、球面四叉树和 HEALPix 等面积分区。
赤道带分区最直观：按赤纬把天球切成若干带，每带再按赤经切成若干块，形成“赤纬带 × 赤经格”的二维索引。每个格子记录落入其中的恒星编号。检索时，先由星点方向算出赤纬带和赤经格，再只访问该格及相邻格。格宽通常取星敏感器视场角的一半到一倍，保证一次检索覆盖整个视场。
存储结构上，星敏感器常采用“索引表 + 星表记录”两级结构。索引表存每个分区的起始偏移和星数，星表记录按分区连续存放，每条记录包含星号、赤经、赤纬、星等、色指数等字段。检索时先查索引表定位分区，再在分区内按星等排序做二分查找或线性扫描。为节省存储，赤经赤纬可用定点数表示，例如赤经用 32 位表示 0～360°，分辨率约 0.08 毫角秒，远高于星敏感器需求。
实际工程中，分区索引的格宽需要与星敏感器视场角匹配。设视场为 20°×20°，格宽取 10°～20°，则一次检索覆盖 2×2 到 3×3 个格。若格宽过小，相邻格访问次数增多；若格宽过大，单格内星数过多，扫描变慢。通常以“单格平均星数 20～50 颗”为设计目标。
星表在星敏感器中的存储还需考虑星等截断与双星处理。双星若角距小于星敏感器分辨率，会在星图上合并为一个星点，导致匹配失败，因此专用星表常剔除角距小于 3～5 个像素对应角距的双星，或只保留主星。星等截断则按极限星等加 1～1.5 等余量选取，例如极限星等 +6.0 Mv 时，星表保留到 +7.0 Mv，以覆盖边缘暗星。
最后需要强调历元一致性。星表位置通常归算到 J2000.0，而星敏感器在轨工作年份可能距 J2000.0 已过 20 年以上。对于高自行星，必须用自行数据把位置外推到当前历元，否则位置偏差会直接进入姿态解算。工程上可在星表记录中增加自行字段，在轨检索前做一次历元修正，或在地面生成星表时直接输出目标历元位置。两者取舍取决于星上计算资源与精度要求。