Die Erfindung betrifft einen Sternsensor (1) mit einem optischen Abbildungssystem (2) und ein Verfahren zu dessen Betrieb mit einer ein um eine optische Achse (7) vorgegebenes Sichtfeld (17, 19) auf eine Sensorfläche (6) eines Detektors (5) entlang eines Strahlengangs (10, 11) abbildenden Optik (4). Um die Genauigkeit und Auflösung des Sternsensors (1) bei ausreichendem Weitwinkel zur Identifizierung von positionsgebenden Sternausschnitten zu erhöhen, wird die Optik (4) in Form von zwei Teilobjektiven (8, 9) mit unterschiedlichen, gleichzeitig auf die Sensorfläche (6) abbildenden Brennweiten ausgebildet und die vom Detektor (5) erfassten Lichtmuster (15, 22) der beiden Brennweiten werden in einer Recheneinrichtung (3) voneinander getrennt, wobei das Teilobjektiv (8) aus einem zentralen Objektiv gegebener Brennweite und das Teilobjektiv (9) aus einem Spiegellinsenobjektiv größerer Brennweite gebildet ist.