一種提高ccd星敏感器動態性能的方法
2023-05-05 04:49:56
專利名稱：一種提高ccd星敏感器動態性能的方法
技術領域：
本發明涉及空間技術，具體說就是一種提高CCD星敏感器動態性能的方法。 背景技術：
飛行器準確的位置姿態信息是飛行器自主地捕獲目標、接收指令、實現軌道機動或將收集到的信息傳回地面等的必要基礎。目前有很多儀器可以為飛行器提供姿態信息， 如陀螺儀、地平儀、磁力計、太陽敏感器、CCD星敏感器等。這是依據不同的參考系製作的相應的傳感器，根據傳感器所測量出的相對參考系的信息變化，而推測太空飛行器的姿態變化。其中CCD星敏感器因其功耗低、體積小、精度高、自主性強和無姿態積累誤差等優點而備受青睞。其工作原理就是恆星所發出的星光通過光學系統成像在C⑶光敏面上，由CXD信號檢測線路將星光的光能轉換成模擬電信號，模擬信號處理單元對其進行放大、濾波、整形等處理後，模數轉換單元對其進行模數轉換和數據採集。數據處理單元對數位化後的星圖進行處理，星提取軟體對星圖進行大目標剔除、星點提取、星點坐標計算和星等計算。星識別過程對星圖中的星按匹配方法構造匹配模式，與導航星庫中的已有模式進行匹配、處理，形成觀測星與導航星的唯一匹配星對。利用匹配星對，姿態計算軟體通過姿態計算方法確定星敏感器光軸在慣性空間中的指向，最後由此指向及星敏感器與衛星本體的安裝角就可以完成衛星三軸瞬時姿態的測量，通過姿態預測算法預測衛星的下一姿態並進行姿態控制。從 CCD星敏感器工作過程可知，星像提取是星敏感器識別和姿態計算的。傳統模式下，當天空星圖以數字量的形式存在於內存後，星提取軟體從內存中讀取星圖信息，提取星圖中的星像坐標，星圖採集以後，如何從圖像傳感器輸出的原始星像中準確快速的提取出用於星圖識別的有用信息(恆星的星像坐標)，滿足實時性要求，是導航系統正確工作的基礎， 然而，採用軟體來實現星像提取算法，從星圖中提取星像坐標，實時性不高。由於現場可編程門陣列(FPGA)是在專用ASIC的基礎上發展起來的，它克服了 ASIC不夠靈活的缺點。與其他中小規模集成電路相比，其優點主要在於有很強的靈活性，它是由邏輯功能塊排列成陣列組成，並通過可編程的內部連線連接這些功能塊來實現不同的設計，對電路的維護和修改很方便。星像提取算法實現中包含大量的運算是加、減運算，而且算法控制結構比較簡單，適合於用FPGA實現。因此，為了進一步提高數據更新率，目前很多星敏感器採用FPGA來實現星像提取算法，這樣在星圖數據讀出的同時就可以計算目標的質心，為後續的星圖匹配工作提供了時間，提高了系統的實時要求。然而不管是採用軟體實現提取星像坐標還是採用FPGA實現提取星像坐標，採用傳統的CXD星敏感器工作流程，由於曝光、轉移、存儲以及星像提取、星圖識別和姿態計算的順序，串行進行，所用的總的時間較長，因此很難提高星敏感器數據更新率。由於星敏感器的工作情況正好符合流水工作的條件；其中流水模式是將圖像曝光部分、圖像存儲部分、星像提取時間與星圖識別時間和姿態計算部分並行處理的工作邏輯，星敏感器在曝光本幀的圖像同時，處理上幀星圖，星敏感器整機的數據更新時間為流水結構中最慢的一級所佔用的時間，這樣進一步提高了數據更新率，但是，由於星敏感器每次處理的都是上幀星圖，雖然提高了數據更新率，但是降低了實時性，所以這樣也很難滿足當前高精度、高動態的需求。隨著航天技術的發展，對太空飛行器姿態控制的精度和實時性要求越來越高。所以提高星敏感器的精度和工作頻率顯得非常的必要。星敏感器的工作精度主要由光學器件精度和數據處理精度決定。數據處理的實時性的提高將很大程度的提高星敏感器的精度。傳統方式按照曝光、轉移、存儲以及星像提取、星圖識別和姿態計算的順序，串行進行，因此降低了數據更新率。流水線模式下處理的是上一幀圖像的數據，得到的姿態也就是上一幀時候的姿態數據，造成姿態精度的延時，這在高動態的情況下顯得更加明顯。雖然有些流水模式採用FPGA來實現提取星像坐標，但是FPGA進行提取星像的時間就是存儲器的讀取時間。所以如果能夠改變星敏感器的工作模式，使得處理的數據為剛曝光的圖像數據，也就是A/D轉換後的數據，那麼在保存一幅星圖轉移到存儲器的同時， 提取星像坐標的過程也已經完成，實時性得到了保證。
發明內容
本發明的目的在於提供一種提高CCD星敏感器動態性能的方法。本發明的目的是這樣實現的C⑶星敏感器的工作流程如下模擬量星圖數據經放大、A/D轉換變成數字量後，存入SRAM中保存，與此同時FPGA讀取數字量並進行實時判斷星點和提取星像坐標，將得到的星像坐標傳給星圖識別模塊進行星圖識別，在這種工作流程中，需要FPGA對A/D轉換以後的數據進行實時判斷和質心計算，星點質心算法為帶閾值的質心算法，基本公式如下
權利要求
1. 一種提高CCD星敏感器動態性能的方法，其特徵在於CCD星敏感器的工作流程如下模擬量星圖數據經放大、A/D轉換變成數字量後，存入SRAM中保存，與此同時FPGA讀取數字量並進行實時判斷星點和提取星像坐標，將得到的星像坐標傳給星圖識別模塊進行星圖識別，在這種工作流程中，需要FPGA對A/D轉換以後的數據進行實時判斷和質心計算，星點質心算法為帶閾值的質心算法，基本公式如下
全文摘要
本發明提供一種提高CCD星敏感器動態性能的方法。CCD星敏感器的工作流程如下模擬量星圖數據經放大、A/D轉換變成數字量後，存入SRAM中保存，與此同時FPGA讀取數字量並進行實時判斷星點和提取星像坐標，將得到的星像坐標傳給星圖識別模塊進行星圖識別，在這種工作流程中，FPGA對A/D轉換以後的數據進行實時判斷和質心計算。本發明提高了數據更新率，提取星像坐標，將得到的星像坐標傳給星圖識別模塊進行星圖識別。這樣星敏感器處理的星像數據是剛曝光完的數據，省去了對SRAM的讀寫操作，星點提取所用的時間降低，提高了整個星敏感器的工作效率。
文檔編號G01C21/24GK102155945SQ201110054188
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者李清華, 李葆華, 溫奇詠, 陳希軍 申請人:哈爾濱工業大學