一種超高精度的星敏感器的製作方法

2023-07-20 01:58:06 2

專利名稱：一種超高精度的星敏感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及星敏感器技術，特別涉及一種小型超高精度、高數據更新率的 星敏感器。
背景技術：
星敏感器(Star Sensor)是當今航天飛行器中廣泛釆用的 一種高精度、高可 靠性的姿態測量部件，星敏感器工作於實時動態測量模式，目前其成像器件均 採用面陣的圖像傳感器，廣泛應用的是1024 x 1024像元。
隨著像元的增加，如釆用2048 x 2048像元的大面陣圖像傳感器將會使姿態 精度非線性的提高，但同時數據量也會隨之線性增加，這對於目前釆用幀成像 體制和窗口跟蹤工作模式的星敏感器來說，受到這種成像體制和工作模式的限 制，星敏感器的數據更新率呈線性下降，嚴重影響了星敏感器的實時動態測試 性能，成為星敏感器實時提供姿態信息的瓶頸。

發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種超高精度的星敏感器，使其具 有更高的精度和高數據更新率。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的
本發明提供了一種超高精度的星敏感器，包括光學成像系統、圖像傳感器、 圖像傳感器驅動單元、雙路質心成像單元、星跟蹤單元、星圖識別單元、姿態 計算單元以及導航星庫；其中，
光學成像系統，用於將星空圖像成像在圖像傳感器上；
圖像傳感器，用於在圖像傳感器驅動單元的驅動下將光信號轉換為電信號，
並傳遞給雙路質心成像單元；圖像傳感器驅動單元，用於驅動圖像傳感器；
雙路質心成像單元，用於對同時讀入的兩路像素進行雙路像素數據處理，
在處理完整幅圖像後，輸出光斑圖像的質心坐標給星跟蹤單元和星圖識別單元;
星跟蹤單元，用於根據前一 時刻已經識別到的星體信息跟蹤當前視場中的 星體，獲取星體信息；
星圖識別單元，用於從全天球中識別星姿態計算單元，用於根據全天球識別到的星體信息或跟蹤到的所有星體的 信息解算出星敏感器精確的姿態，並將計算出的星敏感器姿態輸出； 導航星庫，用於存儲導航星表。
上述方案中，所述圖像傳感器為2048 x 2048像元的大面陣圖像傳感器。
上述方案中，所述圖像傳感器驅動單元和雙路質心成像單元集成在一個 FPGA上;所述星跟蹤單元、星圖識別單元和姿態計算單元集成在一個RISC上。
上述方案中，所述雙路質心成像單元進一步包括灰度值讀取模塊、灰度 值比較模塊、雙路像素數據處理模塊、背景像素處理模塊、第一判斷模塊、存 儲模塊、第二判斷模塊以及光斑圖像質心計算模塊；其中，
灰度值讀取模塊，用於同時讀入兩路像素的灰度值，並將讀入的灰度值送 入灰度值比較模塊；
灰度值比較模塊，用於將灰度值讀取模塊發來的兩路像素的灰度值，分別 與預設閾值進行比較，並根據比較結果完成對兩路像素的處理；
雙路像素數據處理模塊，用於完成雙路像素標記、雙路數據等價合併和雙 路數據累加，之後，對兩路像素的灰度值均大於預設閾值的，進入第二判斷模 塊，兩路像素中左像素的灰度值大於預設閾值的，將處理後數據發送到存儲模 塊，兩路像素中右像素的灰度值大於預設閾值的，將處理後數據發送到第一判 斷模塊；
進一步的，雙路像素數據處理模塊包括標記單元、合併單元和累加單元； 其中，標記單元，用於完成雙路像素標記，根據左右像素灰度值與預設閾值的 比較結果，為左像素和右像素進行標記，比較結果相同的像素標記為等價標記；合併單元，用於完成雙路數據等價合併，根據左/右像素灰度值與預設閾值的比 較結果，完成等價數據的合併；累加單元，用於完成雙路數據累加，根據左/ 右像素灰度值與預設閾值的比較結果，完成對左右像素灰度值的累加，並完成 對左右像素灰度值與坐標值的乘積的累加。
背景像素處理模塊，用於在左右像素灰度值均小於預設閾值時，標記當前
兩路像素為背景像素，並將標記值賦給相應參數；
第一判斷模塊，用於判斷兩路像素中左像素的左邊像素是否有標記值； 存儲模塊，用於將累加單元的值累加到等價標記值對應的數據存儲器中，
並將累加單元清零；
第二判斷模塊，用於判斷整幅圖像是否處理完；
光斑圖像質心計算模塊，用於在處理完整幅圖像後，計算並輸出光斑圖像 質心的坐標值。
其中，所述累加單元包括用於對左右像素灰度值和坐標值的乘積進行累加 的第一累加器，以及用於對左右像素的灰度值進行累加的第二累加器。
上述方案中，所述星跟蹤單元基於位置信息實現無反饋、非窗口匹配跟蹤。
本發明提供的超高精度星敏感器，釆用大面陣如2048 x 2048像元的圖像傳 感器，能提髙角解析度，進而使星敏感器具有更高精度。
為了配合大面陣圖像傳感器的使用，本發明同時引入雙路質心成像技術， 能同時讀取兩路像素數據，同時對兩路像素數據進行處理，如此，能提髙數據 並行處理能力和數據處理速度。顯然，本發明將雙路質心成像技術與大面陣圖 像傳感器結合使用，對於2048 x 2048像元的星敏感器而言，數據處理速度能提 髙一倍，並且，可實現大面陣圖像傳感器在星敏感器中的應用，能實現高精度 和高數據更新率。
本發明在星跟蹤時採用無反饋非窗口的匹配跟蹤，能夠跟蹤視場上所有的 星體，進一步提高姿態計算的精度，且跟蹤速度快，跟蹤模式下的數據更新率 為15Hz，具有更高的數據更新率。
本發明在星圖識別時使用角距匹配的方式實現三角形的匹配，通過按區間存儲星對和利用狀態標識進行三角形識別，可使全天球識別時間控制為0.5s。
本發明釆用均勻和無重疊劃分的導航星表，導航星的檢索不再需要遍歷整
個導航星表，使平均搜索範圍縮小為以前的1/54,大大提高了搜索速度。


圖1為本發明星敏感器的組成結構及工作原理示意圖2為本發明所釆用雙路質心成像裝置的組成結構示意圖。
具體實施例方式
本發明的基本思想是對使用2048x2048像元大面陣圖像傳感器的星敏感器，引入雙路質心跟隨成像技術，同時讀取和處理兩路像素數據；並且，在進行星跟蹤時，釆用基於位置信息實現的無反饋、非窗口匹配跟蹤，如此，可大大提高星敏感器的精度和數據更新率。
如圖1所示，本發明所提出的星敏感器包括光學成像系統IO、圖像傳感器11、圖像傳感器驅動單元12、雙路質心成像單元13、星跟蹤單元14、星圖識別單元15、姿態計算單元16以及導航星庫(Guide Star Catalogue) 67。
這裡，所述圖像傳感器是大面陣圖像傳感器，具有2048 x 2048像元；所述星跟蹤單元採用無反饋非窗口的跟蹤模式。在實際應用中，可將圖像傳感器驅動單元12、雙路質心成像單元13集成在一個FPGA信號處理單元上實現，將星跟蹤單元14、星圖識別單元15、姿態計算單元16集成在一個RISC信號處理單元上實現；當然，也可以都採用FPGA或RISC，或者釆用數位訊號處理(DSP);或者，將除了光學成像系統IO、圖像傳感器ll、導航星庫17以外的所有單元集成在一塊FPGA、或RISC、或DSP上。下面以圖像傳感器驅動單元12、雙路質心成像單元13集成在FPGA信號處理單元，星跟蹤單元14、星圖識別單元15、姿態計算單元16集成在RISC信號處理單元上為例詳細說明。
其中，光學成像系統IO，由遮光罩、高精度的鏡頭組成，用於將星空圖像成像在圖像傳感器ll上。
8圖像傳感器11，用於在圖像傳感器驅動單元12的驅動下將光信號轉換為
電信號，並傳遞給雙路質心成像單元13。 一般，可釆用的圖像傳感器是Cypress公司的Lupa4000，其具有2048 x 2048像元，幀頻15幀/s。
圖像傳感器驅動單元12，按照圖像傳感器驅動時序的要求，基於FPGA實現對2048 x 2048像元圖像傳感器11的驅動，使其實現逐行兩路圖像信號同時輸出，每個像素的灰度值10bit，時鐘頻率達33M。也就是說，圖像傳感器11每次輸出兩路像素數據給雙路質心成像單元13。
雙路質心成像單元13，用於對同時讀入的兩路像素進行雙路像素數據處理，在處理完整幅圖像後，輸出光斑圖像的質心坐標給星跟蹤單元14和星圖識別單元15。具體的，在處理整幅光斑圖像時，每次同時讀入當前兩路像素的灰度值，並同時對兩路像素的灰度值與預設閾值進行比較，兩路像素中至少一個大於閩值時，執行雙路數據標記、雙路數據合併以及雙路數據累加的過程，直到處理完整幅光斑圖像後，輸出得到的光斑圖像質心坐標值。雙路質心成像單元13具體如何實現雙路質心成像的原理及過程，本申請人已在2008年9月17曰申請的、專利申請號為200810222489.1的另一專利申請中詳細公開，在此不再贅述。
該雙路質心成像單元利用FPGA實時並行計算的特點對星點質心跟隨成像，實時實現基於四連通域分割和一階矩質心算法，直接輸出一幀圖像中所有的星點質心數據，這樣與直接輸出整幀數據相比，可降低圖像數據量上萬倍。
具體實施過程中，假設一個星點的成像區域為M行N列，則該星點的質心坐標可由下式得到
t力屍"，力i t
v — " "1_ 、， 一工=1 :M_
A — "i; ^ ) 少o — ~^ ^
jc=1 少=1
式中，x0, yO是求得的星點質心坐標；x， y是像素的坐標；F(x,y)是x行y列像素的灰度值。
進一步的，雙路質心成像單元13通過圖像傳感器驅動單元12，每次讀取輸出圖像兩路像素的灰度值，根據四連通域分割的原理、以及左像素和右像素灰度值與預設閾值的比較結果，對雙路像素的數據進行標記、等價合併和累加處理，以提高數據並行處理能力和數據處理速度。
這裡，所述雙路質心成像單元13的具體組成結構如圖2所示，包括灰度值讀取模塊21、灰度值比較模塊22、雙路像素數據處理模塊23、背景像素處理模塊24、第一判斷模塊25、存儲模塊26、第二判斷模塊27以及光斑圖像質心計算模塊28。
其中，灰度值讀取模塊21用於同時讀入兩路像素的灰度值，並將讀入的灰度值送入灰度值比較模塊22;這裡，兩路像素分別稱為左像素和右像素。
灰度值比較模塊22，用於將灰度值讀取模塊21發來的左像素和右像素的灰度值，分別與預設閾值進行比較，並根據比較結果完成對兩路像素的處理；具體的，如果左像素和右像素的灰度值中有一個大於預設閾值，則進入雙路像素數據處理模塊23,完成雙路像素標記、雙路數據等價合併和雙路數據累加；如果左像素和右像素的灰度值均小於預設閾值，則進入賦值模塊24，標記當前兩路像素並將標記值賦給相應參數。
雙路像素數據處理模塊23，用於完成雙路像素標記、雙路數據等價合併和雙路數據累加，之後，對於兩路像素的灰度值均大於預設閾值的，進入第二判斷模塊27,對於兩路像素中左像素的灰度值大於預設閾值的，將處理後數據發送到存儲模塊26，對於兩路像素中右像素的灰度值大於預設閾值的，將處理後數據發送到第一判斷模塊25;
雙路像素數據處理模塊23進一步包括標記單元231、合併單元232和累加單元233,其中，標記單元231用於完成雙路像素標記，根據左/右像素灰度值與預設閾值的比較結果，為左像素和右像素進行標記，比較結果相同的像素標記為等價標記，即標識相等的標記；合併單元232用於完成雙路數據等價合併，根據左/右像素灰度值與預設閾值的比較結果，完成等價數據的合併；累加單元233用於完成雙路數據累加，根據左/右像素灰度值與預設閾值的比較結果，完成對左右像素灰度值的累加，並完成對左右像素灰度值與坐標值的乘積的累加。背景像素處理模塊24,用於在左右像素灰度值均小於預設閾值時，標記當
前兩路像素為背景像素，並將標記值賦給相應參數。
第一判斷模塊25，用於判斷兩路像素中左像素的左邊像素是否有標記值，在有標記值時，進入存儲模塊26;沒有標記值時，進入第二判斷模塊27。
存儲模塊26，用於將累加單元的值累加到等價標記值對應的數據存儲器中，並將累加單元清零；
這裡，所述的累加單元包括用於對左右像素灰度值和坐標值的乘積進行累加的累加器；以及用於對左右像素的灰度值進行累加的累加器。
第二判斷模塊27，用於判斷整幅圖像是否處理完，處理完的情況下，進入光斑圖像質心計算模塊28，未處理完的情況下，再進入灰度值讀取模塊21，讀取下兩路像素。
光斑圖像質心計算模塊28,用於在處理完整幅圖像後，計算並輸出光斑圖像質心的坐標值。
具體的，雙路像素標記包括以下步驟
步驟al bl:判斷是否左像素的灰度值小於閾值、右像素的灰度值大於閾值，且右像素上方像素標記為背景像素，如果是，則將左像素標記為背景像素，右像素標記為新標記值，執行步驟ql;否則，執行步驟cl。
其中，所述背景像素可以零標記，非背景像素以非零值標記。所述新標記值可採用專門的寄存器存儲，用於給像素提供新的標記值，新標記值可以採用不同的方式進行更新，只要保證每次提供的新標記值不重複即可。比如每次使用新標記值後，將新標記值加l重新保存，以供下次像素標記使用。
步驟cl dl:判斷是否左像素的灰度值小於閾值、右像素的灰度值大於閾值，且右像素上方像素標記不為零，如果是，則將左像素標記為零，右像素標記為上方像素的標記值，執行步驟ql;否則，執行步驟el。
步驟el fl:判斷是否左像素的灰度值大於閾值、右像素的灰度值大於閾值，且左像素左邊像素標記不為零，如果是，則將左像素和右像素標記相同的左邊像素的標記值，執行步驟ql;否則，執行步驟gl。
11這裡，右像素的左邊像素就是左像素，所以左右像素只有左像素一個左邊像素。
步驟gl hl:判斷是否左像素的灰度值大於閾值、右像素的灰度值大於閾值，且左像素左邊像素標記為零、左像素上方像素標記不為零，如果是，則將左像素和右像素標記相同的上方像素的標記值，執行步驟ql;否則，執行步驟il。
步驟il jl:判斷是否左像素的灰度值大於閾值、右像素的灰度值大於閾值，且左像素左邊像素標記為零、左像素上方像素標記也為零，如果是，則將左像素和右像素標記相同的新標記值，執行步驟ql;否則，執行步驟kl。
步驟kl ll:判斷是否左像素的灰度值大於閾值、右像素的灰度值小於閾值，且左像素左邊像素標記不為零，如果是，則將左像素標記為左邊像素的標記值，右像素標記為零，執行步驟ql;否則，執行步驟ml。
步驟ml nl:判斷是否左像素的灰度值大於閾值、右像素的灰度值小於閾值，且左像素左邊像素標記為零、左像素上方像素標記不為零，如果是，則將左像素標記為上方像素的標記值，右像素標記為零，執行步驟ql;否則，執行步驟ol。
步驟ol~pl:判斷是否左像素的灰度值大於閾值、右像素的灰度值小於閾值，且左像素左邊像素標記為零、左像素上方像素標記也為零，如果是，則將左像素標記為新的標記值，右像素標記為零，執行步驟ql;否則，直接執行步驟ql。
步驟ql:將當前兩路像素的標記值賦給各自的上標記參數組，並把右像素標記值賦給左標記參數。
這裡，可由緩存器存儲上標記參數組，由寄存器存儲左標記參數。其中，左標記參數為一個標記值，初始化時置為零，上標記參數組用於保存一組標記參數值，可以採用一個數組，該組中每個標記分別對應一個像素，比如 一行有10個像素，該上標記參數組就是由IO個標記組成的標記組，每個標記對應該行中的一個像素，該組標記參數的初始值均為零。相應的，在賦值時，就將當前像素的標記值賦給對應當前像素的上標記參數組中的標記參數，比如一 行有10個像素，上標記參數組包括IO個標記參數，當前像素為所屬行的第5 個像素，那麼，所述賦值就是指將當前像素的標記值賦給上標記參數組中的第 5個標記參數。在進行判斷時，所述當前像素的上方像素的標記值也是在上標 記參數組中找與當前像素序號對應的標記參數進行判別。 雙路數據合併具體包括以下步驟
步驟a2 b2:判斷左像素大於閾值時，左像素上方像素和左邊像素是否均 有標記但標記不相等，如果是，則將左像素上方像素標記對應的存儲空間的數 據讀出累加到左邊像素標記對應的存儲空間，並清空上方像素標記對應的存儲 空間；否則，執行步驟c2;
步驟c2 d2:判斷左像素和右像素均大於閾值時，是否左像素上方像素無 標記，且右像素上方像素有標記並與左像素的標記不相等，如果是，則將右像 素上方像素標記對應的存儲空間的數據讀出累加到左像素標記對應的存儲空 間，並清空上方像素標記對應的存儲空間；否則，不進行任何處理。
雙路數據累加具體包括以下步驟:
步驟a3 b3:判斷是否左像素的灰度值小於閾值且右像素的灰度值大於閾 值，如果是，則將右像素灰度值和坐標值的乘積賦給第一累加器，並將右像素 的灰度值賦給第二累加器；否則，執行步驟c3;
步驟c3 d3:判斷是否左像素的灰度值大於閾值且右像素的灰度值小於閾 值，如果是，則將左像素灰度值和坐標值的乘積與第一累加器的值進行累加， 之後用累加值更新第一累加器的值；並將左像素的灰度值與第二累加器的值進 行累加，之後用累加值更新第二累加器的值；否則，執行步驟e3;
步驟e3 f3:判斷是否左像素和右像素的灰度值均大於閾值，如果是，則將 左右像素灰度值和坐標值的乘積與第一累加器的值進行累加，之後用累加值更 新第一累加器的值；並將左右像素的灰度值與第二累加器的值進行累加，之後 用累加值更新第二累加器的值；否則，不進行任何處理；
這裡，第一累加器用於對左右像素灰度值和坐標值的乘積進行累加；第二累加器用於對左右像素的灰度值進行累加。
星跟蹤單元14,用於根據前一時刻已經識別到的星體信息跟蹤當前視場中 的星體，獲取星體信息。 一般，星敏感器在獲取全天球星圖識別結果後，工作 狀態會轉入跟蹤模式，跟蹤模式是星敏感器的主要工作模式。
為了能跟蹤所有的星體，為了避免傳輸原始圖像數據影響跟蹤速度和數據 更新率，本發明在雙路質心成像，直接輸出質心數據而非原始圖像數據的基礎
上，釆用中國專利號為ZL200510084010.9的專利中給出的星敏感器快速星跟蹤 方法，基於位置信息實現無反饋、非窗口的匹配跟蹤。具體跟蹤過程是對當 前時刻的星體根據其位置信息，尋找前一時刻與其在位置上匹配的已經跟蹤到 的星體，如果找到一顆且只有一顆星體與其匹配，則匹配識別成功，當前星體 的信息(包括赤經、赤緯、星等、星號)與匹配到的前一時刻的星體信息一致。 這種跟蹤方法能跟蹤視場上所有的星體，而且由於傳輸的數據量小，跟蹤過程 的速度提高，為本發明星敏感器高姿態計算精度和高數據更新率提供了保證。
星圖識別單元15，用於從全天球中識別星圖，並將識別出的星圖發送給姿 態計算單元16。
該單元採用中國專利號為ZL200410102585.4的專利中所公開的改進的三 角形星算法，使用角距匹配的方式實現三角形的匹配，可避免存儲三角形而必 須面臨的存儲容量太大的問題。這一算法無需依賴準確的亮度信息，因此具有 更高的可行性。並且，通過按區間存儲星對和利用狀態標識進行三角形識別， 算法的速度得到很大提髙，全天球識別時間僅為0.5s,而一般的全天球識別時 間均在秒級以上，從而保證了星敏感器在全天球識別下的高數據更新率。
姿態計算單元16，採用星敏感器中廣泛應用的四元素，根據星跟蹤單元14 跟蹤到的所有星體的信息、或星圖識別單元15在全天球識別到的星體信息解 算出星敏感器精確的姿態，並將計算出的星敏感器姿態輸出。具體如何計算 星敏感器的姿態屬於現有技術，這裡不再贅述。
導航星庫17，用於存儲經過均勻和無重疊劃分的導航星表，具體的，本發 明採用中國專利號為ZL200510002220. 9的專利中所公開的方案在直角坐標
14系下對天區重新進行劃分用天球的內接正方體將天球球面均勾的分成六個區
域，天球中心和正方體每一側面四個頂點的連線構成一個錐體，錐體和球面相
交並將其分成六塊；對於六塊中的每一塊，將其劃分成NxN的小塊，這樣， 整個天球球面可以被劃分為6 x N x N個子塊。
按照以上方法將天球劃分後，再掃描導航星表，可將每顆導航星都歸於相 應的子塊中，建立一個分區表。這樣，如果已知視軸指向的方向矢量或赤經赤 綿坐標，即可迅速在天區上找到相應子塊及臨近的子塊。
為便於從導航星的序號快速檢索到其臨近區域的導航星，可將導航星所屬 子塊的序號也存儲在導航星表中。利用以上方法構建導航星表和分區表，就可 以實現從初始姿態(視軸指向)或導航星序號到一定鄰域範圍內導航星表的快 速檢索。這種方法對導航星的檢索不再需要遍歷整個導航星表，平均搜索的範 圍為以前的9/486=1/54，能夠大大提高搜索速度。
基於圖1給出的結構，光學成像系統IO將星空圖像成像在圖像傳感器11 上；在FPGA信號處理單元中圖像侍感器驅動單元12的驅動下，圖像傳感器 ll將光信號轉換為電信號，並傳遞給雙路質心成像單元13;雙路質心成像單元 13提取星體在觀測視場中的位置信息，並輸出給後續的RISC信號處理單元； RISC信號處理單元中的星圖識別單元15、星跟蹤單元14根據導航星庫17存 儲的導航星表，完成星圖識別和星跟蹤，即在導航星庫17中找到觀測星的對 應匹配，實現星的模式識別和無反饋非窗口跟蹤；並由姿態計算單元16利用這 些匹配星對的方向矢量信息計算出星敏感器的三軸姿態，輸出姿態信息。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
1權利要求
1、一種超高精度的星敏感器，其特徵在於，該星敏感器包括光學成像系統、圖像傳感器、圖像傳感器驅動單元、雙路質心成像單元、星跟蹤單元、星圖識別單元、姿態計算單元以及導航星庫；其中，光學成像系統，用於將星空圖像成像在圖像傳感器上；圖像傳感器，用於在圖像傳感器驅動單元的驅動下將光信號轉換為電信號，並傳遞給雙路質心成像單元；圖像傳感器驅動單元，用於驅動圖像傳感器；雙路質心成像單元，用於對同時讀入的兩路像素進行雙路像素數據處理，在處理完整幅圖像後，輸出光斑圖像的質心坐標給星跟蹤單元和星圖識別單元；星跟蹤單元，用於根據前一時刻已經識別到的星體信息跟蹤當前視場中的星體，獲取星體信息；星圖識別單元，用於從全天球中識別星圖；姿態計算單元，用於根據全天球識別到的星體信息或跟蹤到的所有星體的信息解算出星敏感器精確的姿態，並將計算出的星敏感器姿態輸出；導航星庫，用於存儲導航星表。
2、 根據權利要求1所述的星敏感器，其特徵在於，所述圖像傳感器為2048 x 2048像元的大面陣圖像傳感器。
3、 根據權利要求l或2所述的星敏感器，其特徵在於，所述圖像傳感器驅 動單元和雙路質心成像單元集成在一個FPGA上；所述星跟蹤單元、星圖識別 單元和姿態計算單元集成在一個RISC上。
4、 根據權利要求l或2所述的星敏感器，其特徵在於，所述雙路質心成像 單元進一步包括灰度值讀取模塊、灰度值比較模塊、雙路像素數據處理模塊、 背景像素處理模塊、第一判斷模塊、存儲模塊、第二判斷模塊以及光斑圖像質 心計算模塊；其中，灰度值讀取模塊，用於同時讀入兩路像素的灰度值，並將讀入的灰度值送入灰度值比較模塊；灰度值比較模塊，用於將灰度值讀取模塊發來的兩路像素的灰度值，分別與預設閾值進行比較.，並根據比較結果完成對兩路像素的處理；雙路像素數據處理模塊，用於完成雙路像素標記、雙路數據等價合併和雙 路數據累加，之後，對兩路像素的灰度值均大於預設閾值的，進入第二判斷模 塊，兩路像素中左像素的灰度值大於預設閾值的，將處理後數據發送到存儲模 塊，兩路像素中右像素的灰度值大於預設閾值的，將處理後數據發送到第一判 斷模塊；進一步的，雙路像素數據處理模塊包括標記單元、合併單元和累加單元; 其中，標記單元，用於完成雙路像素標記，根據左右像素灰度值與預設閾值的比 較結果，為左像素和右像素進行標記，比較結果相同的像素標記為等價標記；合併單元，用於完成雙路數據等價合併，根據左/右像素灰度值與預設閾值 的比較結果，完成等價數據的合併；累加單元，用於完成雙路數據累加，根據左/右像素灰度值與預設閾值的比 較結果，完成對左右像素灰度值的累加，並完成對左右像素灰度值與坐標值的 乘積的累加。背景像素處理模塊，用於在左右像素灰度值均小於預設閾值時，標記當前 兩路像素為背景像素，並將標記值賦給相應參數；第一判斷模塊，用於判斷兩路像素中左像素的左邊像素是否有標記值；存儲模塊，用於將累加單元的值累加到等價標記值對應的數據存儲器中， 並將累加單元清零;第二判斷模塊，用於判斷整幅圖像是否處理完；光斑圖像質心計算模塊，用於在處理完整幅圖像後，計算並輸出光斑圖像 質心的坐標值。
5、根據權利要求4所述星敏感器，其特徵在於，所述累加單元包括用於對 左右像素灰度值和坐標值的乘積進行累加的第一累加器，以及用於對左右像素的灰度值進行累加的第二累加器。
6、根據權利要求4所述的星敏感器，其特徵在於，所述星跟蹤單元基於位 置信息實現無反饋、非窗口匹配跟蹤。
全文摘要
本發明公開了一種超高精度的星敏感器，包括光學成像系統、圖像傳感器、圖像傳感器驅動單元、雙路質心成像單元、星跟蹤單元、星圖識別單元、姿態計算單元以及導航星庫；其關鍵在於，對使用2048×2048像元大面陣圖像傳感器的星敏感器，引入雙路質心跟隨成像技術，同時讀取和處理兩路像素數據；並且，在進行星跟蹤時，採用基於位置信息實現的無反饋、非窗口匹配跟蹤，如此，可大大提高星敏感器的精度和數據更新率。
文檔編號G01C21/02GK101676687SQ200910171879
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月16日 優先權日2008年9月17日
發明者張廣軍, 樊巧雲, 潔 江, 魏新國 申請人:北京航空航天大學