[發(fā)明專利]一種恒星陀螺及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110097218.X
• 申請(qǐng)日: 2011-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102252664A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣軍;江潔;魏新國(guó);金雁;申娟;樊巧云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C19/00
• 分類號(hào): G01C19/00;G01P9/00
• 代理公司: 北京派特恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11270
• 代理人: 張穎玲;王黎延

1.一種恒星陀螺，包括：光學(xué)成像系統(tǒng)、以及圖像傳感器；其特征在于，該恒星陀螺還包括：像增強(qiáng)器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)信號(hào)處理單元、以及數(shù)字信號(hào)處理/精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(DSP/RISC)單元；其中，

像增強(qiáng)器，耦合于所述圖像傳感器前面；用于對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)得到的微弱光學(xué)信號(hào)星圖進(jìn)行像增強(qiáng)處理；

圖像傳感器，用于對(duì)像增強(qiáng)處理后的光學(xué)信號(hào)星圖轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號(hào)星圖；

FPGA信號(hào)處理單元，用于對(duì)電學(xué)信號(hào)星圖進(jìn)行高動(dòng)態(tài)質(zhì)心定位處理；

DSP/RISC單元，用于將高動(dòng)態(tài)質(zhì)心定位處理后的電學(xué)信號(hào)星圖進(jìn)行星圖識(shí)別處理，并將已識(shí)別出的恒星進(jìn)行快速星預(yù)測(cè)跟蹤處理，利用星圖識(shí)別處理后的數(shù)據(jù)及快速星預(yù)測(cè)跟蹤處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)計(jì)算，同時(shí)，利用電學(xué)信號(hào)星圖的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行角速度計(jì)算，輸出計(jì)算結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒星陀螺，其特征在于，所述像增強(qiáng)器包括：光陰極、微通道板(MCP)、以及熒光屏；其中，

光陰極，用于將投射在光陰極上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成電子像；

MCP，用于將形成的電子像聚焦，并加速投射到熒光屏上，產(chǎn)生增強(qiáng)的電子像；

熒光屏，用于記錄增強(qiáng)的電子像，形成增強(qiáng)的光學(xué)信號(hào)星圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的恒星陀螺，其特征在于，

所述光陰極為多堿陰極；

所述MCP的最大亮度增益為8000倍；

所述熒光屏為P-22熒光屏。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒星陀螺，其特征在于，所述多堿陰極為S-25+。

5.一種恒星陀螺的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括：

將得到的微弱光學(xué)信號(hào)星圖進(jìn)行像增強(qiáng)處理，將像增強(qiáng)處理后的光學(xué)信號(hào)星圖轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號(hào)星圖；

將電學(xué)信號(hào)星圖進(jìn)行高動(dòng)態(tài)質(zhì)心定位處理；

將高動(dòng)態(tài)質(zhì)心定位處理后的電學(xué)信號(hào)星圖進(jìn)行星圖識(shí)別處理，并將已識(shí)別出的恒星進(jìn)行快速星預(yù)測(cè)跟蹤處理，之后利用星圖識(shí)別處理后的數(shù)據(jù)及快速星預(yù)測(cè)跟蹤處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)計(jì)算，同時(shí)利用電學(xué)信號(hào)星圖的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行角速度計(jì)算，并輸出計(jì)算結(jié)果。

6.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述將已識(shí)別出的恒星進(jìn)行快速星預(yù)測(cè)跟蹤處理，為：

利用視場(chǎng)星點(diǎn)位置之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，通過(guò)已識(shí)別出的星點(diǎn)在前k幀星圖中的位置和估算得到的角速度信息，經(jīng)卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)，估計(jì)視場(chǎng)中已識(shí)別出的星點(diǎn)在k+1幀的位置，在估計(jì)出的位置范圍內(nèi)進(jìn)行跟蹤；

并利用虛擬視場(chǎng)對(duì)新進(jìn)入視場(chǎng)的星點(diǎn)進(jìn)行快速判斷和識(shí)別。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用電學(xué)信號(hào)星圖的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行角速度計(jì)算，為：

根據(jù)單星點(diǎn)在恒星陀螺成像面上掃過(guò)的軌跡，精確提取軌跡，得到軌跡點(diǎn)在成像面上的坐標(biāo)；

將軌跡點(diǎn)在成像面上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成恒星陀螺坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

根據(jù)軌跡點(diǎn)在恒星陀螺坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，求出旋轉(zhuǎn)軸；

根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸求出星點(diǎn)軌跡中兩個(gè)端點(diǎn)之間的角距、兩個(gè)端點(diǎn)到恒星陀螺坐標(biāo)系的球心的角距，根據(jù)球面三角形公式，計(jì)算角速度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)單星點(diǎn)在恒星陀螺成像面上掃過(guò)的軌跡，精確提取軌跡，為：

采用自適應(yīng)窗口進(jìn)行星點(diǎn)軌跡分割；

對(duì)分割后存在斷裂的軌跡，利用形態(tài)學(xué)主動(dòng)生長(zhǎng)的方法進(jìn)行斷線修補(bǔ)；

之后在提取出的軌跡端點(diǎn)附近的固定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行連通性判斷，濾出孤立的噪點(diǎn)，并采用一階距進(jìn)行端點(diǎn)質(zhì)心的亞像素定位處理。