เครื่องติดตามดาวเป็นอุปกรณ์ทางแสงที่วัดตำแหน่งของดาวโดยใช้โฟโตเซลล์หรือกล้อง^{[ 1 ]} เนื่องจากนักดาราศาสตร์ได้วัดตำแหน่งของดาวจำนวนมากด้วยความแม่นยำสูง เครื่องติดตามดาวบนดาวเทียมหรือยานอวกาศจึงอาจใช้เพื่อกำหนดทิศทาง (หรือทัศนคติ ) ของยานอวกาศเทียบกับดาว ในการทำเช่นนี้ เครื่องติดตามดาวจะต้องได้ภาพของดาว วัดตำแหน่งที่ปรากฏในกรอบอ้างอิงของยานอวกาศ และระบุดาวเพื่อให้สามารถเปรียบเทียบตำแหน่งของดาวกับตำแหน่งสัมบูรณ์ที่ทราบจากแคตตาล็อกดาวได้ เครื่องติดตามดาวอาจมีตัวประมวลผลเพื่อระบุดาวโดยการเปรียบเทียบรูปแบบของดาวที่สังเกตได้กับรูปแบบของดาวที่ทราบในท้องฟ้า

ในช่วงทศวรรษ 1950 และต้นทศวรรษ 1960 ระบบติดตามดาวเป็นส่วนสำคัญของ ขีปนาวุธระยะไกลและขีปนาวุธร่อน ในยุคแรก ในยุคที่ระบบนำทางเฉื่อย (INS) ยังไม่แม่นยำเพียงพอสำหรับระยะทางข้ามทวีป^{[ 2 ]}

ลองพิจารณา ขีปนาวุธใน ยุคสงครามเย็นที่กำลังบินไปยังเป้าหมาย โดยเริ่มแรกจะบินไปทางเหนือ ผ่านอาร์กติก แล้วจึงเริ่มบินไปทางใต้ จากมุมมองของขีปนาวุธ ดาวที่อยู่ด้านหลังจะปรากฏว่าเคลื่อนเข้าใกล้ขอบฟ้าทางใต้ ในขณะที่ดาวที่อยู่ด้านหน้ากำลังขึ้น ก่อนการบิน เราสามารถคำนวณมุมสัมพัทธ์ของดาวโดยพิจารณาจากตำแหน่งที่ขีปนาวุธควรจะอยู่ ณ ขณะนั้น หากอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง จากนั้นสามารถนำไปเปรียบเทียบกับตำแหน่งที่วัดได้เพื่อสร้างสัญญาณ "ข้อผิดพลาด" ที่สามารถใช้เพื่อนำขีปนาวุธกลับไปยังวิถีโคจรที่ถูกต้อง^{[ 2 ]}

เนื่องจากการหมุนของโลก ดาวฤกษ์ที่อยู่ในตำแหน่งที่ใช้งานได้จะเปลี่ยนแปลงไปตลอดทั้งวันและตำแหน่งของเป้าหมาย โดยทั่วไปแล้วจะใช้ดาวฤกษ์สว่างหลายดวง และจะเลือกหนึ่งดวงในเวลาปล่อย สำหรับระบบนำทางที่ใช้การติดตามดาวฤกษ์เพียงอย่างเดียว จะมีการบันทึกสัญญาณไว้ล่วงหน้าบนกลไกการบันทึก ซึ่งโดยทั่วไปคือเทปแม่เหล็กโดยสัญญาณนั้นจะแสดงมุมของดาวฤกษ์ในช่วงเวลาหนึ่งวัน เมื่อปล่อย เทปจะถูกเลื่อนไปยังเวลาที่เหมาะสม^{[ 2 ]}ในระหว่างการบิน สัญญาณบนเทปจะถูกใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งของกล้องโทรทรรศน์อย่างคร่าวๆ เพื่อให้ชี้ไปยังตำแหน่งที่คาดว่าจะพบดาวฤกษ์ ที่จุดโฟกัสของกล้องโทรทรรศน์จะมีโฟโตเซลล์และเครื่องกำเนิดสัญญาณ ซึ่งโดยทั่วไปคือจานหมุนที่เรียกว่าชอปเปอร์ชอปเปอร์จะทำให้ภาพของดาวฤกษ์ปรากฏและหายไปซ้ำๆ บนโฟโตเซลล์ ทำให้เกิดสัญญาณที่ถูกปรับให้เรียบเพื่อสร้างเอาต์พุตกระแสสลับเฟสของสัญญาณนั้นสามารถนำมาเปรียบเทียบกับเฟสของชอปเปอร์เพื่อกำหนดมุมไปยังดาวฤกษ์ และมุมนี้สามารถนำมาเปรียบเทียบกับมุมที่คาดหวังบนเทปเพื่อสร้างสัญญาณนำทาง^{[ 2 ]}ชอปเปอร์ที่รวมกับเครื่องขยายสัญญาณแบบล็อคอินยังสามารถช่วยให้มีภูมิคุ้มกันต่อสัญญาณรบกวนได้อีกด้วย

ระบบติดตามดาวมักถูกรวมเข้ากับระบบนำทางด้วยคลื่นความถี่ (INS) ระบบ INS วัดความเร่งและรวมค่าเหล่านั้นในช่วงเวลาเพื่อกำหนดความเร็ว และอาจรวมค่าซ้ำอีกครั้งเพื่อหาตำแหน่งที่สัมพันธ์กับตำแหน่งปล่อยจรวด แม้แต่ข้อผิดพลาดในการวัดเพียงเล็กน้อย เมื่อรวมกันแล้วก็จะกลายเป็นข้อผิดพลาดที่เห็นได้ชัดซึ่งเรียกว่า "การคลาดเคลื่อน" ตัวอย่างเช่น ระบบนำทาง N-1 ที่พัฒนาขึ้นสำหรับขีปนาวุธร่อนSM-64 Navaho มีการคลาดเคลื่อนในอัตรา 1 ไมล์ทะเลต่อชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าหลังจากบินเป็นเวลาสองชั่วโมง ระบบ INS จะแสดงตำแหน่งที่ห่างจากตำแหน่งจริง 2 ไมล์ทะเล (3.7 กิโลเมตร; 2.3 ไมล์) ซึ่งอยู่นอกเหนือความแม่นยำที่ต้องการประมาณครึ่งไมล์

ในกรณีของ INS เทปแม่เหล็กสามารถถอดออกได้ และสัญญาณเหล่านั้นจะถูกส่งมาจาก INS แทน ส่วนที่เหลือของระบบจะทำงานเหมือนเดิม สัญญาณจาก INS จะกำหนดตำแหน่งของตัวติดตามดาวโดยประมาณ จากนั้นตัวติดตามดาวจะวัดตำแหน่งจริงของดาวและสร้างสัญญาณข้อผิดพลาด สัญญาณนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไขตำแหน่งที่สร้างจาก INS ลดการเคลื่อนตัวสะสมกลับไปยังขีดจำกัดความแม่นยำของตัวติดตาม^{[ 2 ]}ระบบ "เฉื่อยดาว" เหล่านี้เป็นที่นิยมอย่างมากตั้งแต่ช่วงปี 1950 ถึง 1980 แม้ว่าบางระบบจะยังคงใช้ระบบนี้จนถึงปัจจุบัน^{[ 3 ] [ 4 ]}

ปัจจุบันมีโมเดล^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] มากมายให้เลือกใช้ นอกจากนี้ยังมีโครงการแบบเปิดที่ออกแบบมาเพื่อใช้สำหรับชุมชนนักวิจัยและนักพัฒนา CubeSat ทั่วโลก [ 10 ] [ 11 ]} ตัวติดตามดาวซึ่งต้องการความไวสูง อาจเกิดความสับสนจากแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากยานอวกาศ หรือจากกลุ่มก๊าซไอเสียจากเครื่องยนต์ขับดันของยานอวกาศ (ทั้งการสะท้อนแสงอาทิตย์หรือการปนเปื้อนของหน้าต่างตัวติดตามดาว) ตัวติดตามดาวยังมีความอ่อนไหวต่อข้อผิดพลาดต่างๆ ( ความถี่เชิงพื้นที่ ต่ำ ความถี่เชิงพื้นที่สูง ข้อผิดพลาดเชิงเวลา ฯลฯ) นอกเหนือจากแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดทางแสงต่างๆ ( ความคลาดเคลื่อนทรงกลมความคลาดเคลื่อนสีฯลฯ) นอกจากนี้ยังมีแหล่งที่มาของความสับสนมากมายสำหรับอัลกอริทึม การระบุดาว ( ดาวเคราะห์ดาวหางซูเปอร์โนวา ลักษณะ สองโหมดของฟังก์ชันการกระจายจุดสำหรับดาวที่อยู่ใกล้เคียง ดาวเทียมใกล้เคียงอื่นๆ มลภาวะทางแสงจากแหล่งกำเนิดแสงจุดจากเมืองใหญ่บนโลก ฯลฯ) โดยทั่วไปแล้ว จะมีดาวนำทาง สว่างประมาณ 57 ดวง ที่ใช้กันทั่วไป อย่างไรก็ตาม สำหรับภารกิจที่ซับซ้อนกว่านั้นจะใช้ฐานข้อมูลดาว ทั้งสนามเพื่อกำหนดทิศทางของยานอวกาศ แคตตาล็อกดาว ทั่วไป สำหรับการกำหนดทิศทางที่มีความแม่นยำสูงนั้นเริ่มต้นจากแคตตาล็อกฐานมาตรฐาน (ตัวอย่างเช่น จากหอดูดาวกองทัพเรือสหรัฐฯ ) จากนั้นจึงกรองเพื่อกำจัดดาวที่มีปัญหา เช่น เนื่องจากความแปรปรวนของความสว่าง ปรากฏ ความไม่แน่นอน ของดัชนีสีหรือตำแหน่งภายในแผนภาพเฮิรตสปรุง-รัสเซลล์ที่บ่งบอกถึงความไม่น่าเชื่อถือ แคตตาล็อกดาวประเภทนี้สามารถมีดาวหลายพันดวงที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำบนยานอวกาศ หรือประมวลผลโดยใช้เครื่องมือที่สถานีภาคพื้นดินแล้วจึงอัปโหลด ในฐานะเซ็นเซอร์การรับรู้สถานการณ์ในอวกาศ ตัวติดตามดาวสามารถใช้สำหรับการตรวจจับเศษซากอวกาศ^{[ 12 ]}และสำหรับการระบุดาวเทียม^{[ 13 ]}

• การนำทางโดยใช้ดวงดาว
• GoTo (กล้องโทรทรรศน์)
• เซ็นเซอร์แสงอาทิตย์
• ดาราศาสตร์เชิงตำแหน่ง

• tetra3 - ซอฟต์แวร์ติดตามดาวแบบโอเพนซอร์ส
• openstartracker - ซอฟต์แวร์ติดตามดาวแบบโอเพนซอร์สที่มีคุณสมบัติครบถ้วน พร้อมประสบการณ์การใช้งานจากเที่ยวบินดาวเทียม (Oresat เป็นต้น)
• ระบบ ติดตามดาว Oresat - ฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์ระบบติดตามดาวแบบโอเพนซอร์ส
• สูญหาย: โปรแกรมติดตามดาวแบบโอเพนซอร์ส
• Astrometry.net (การวัดตำแหน่งทางดาราศาสตร์แบบออนไลน์โดยใช้ข้อมูลจากอุปกรณ์ช่วยวัดตำแหน่ง)