[發(fā)明專利]一種多路輸出圖像傳感器的星敏感器實時提取星像坐標(biāo)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410208144.6
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103983264A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李葆華;王常虹
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多路輸出圖像傳感器的星敏感器實時提取星像坐標(biāo)方法。?

背景技術(shù)

星敏感器(Star?Sensor)是目前多種飛行器中廣泛采用的一種高精度、高可靠性的姿態(tài)測量部件。其工作原理就是：恒星所發(fā)出的星光通過光學(xué)系統(tǒng)成像在圖像傳感器上，圖像傳感器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并形成一幅完整的數(shù)字星圖，數(shù)據(jù)處理單元對數(shù)字星圖進行處理，星提取軟件對星圖進行大目標(biāo)剔除、星像坐標(biāo)提取和星等計算。星識別過程對星圖中的星按匹配方法構(gòu)造匹配模式，與導(dǎo)航星庫中的已有模式進行匹配、處理，形成觀測星與導(dǎo)航星的唯一匹配星對。利用匹配星對，姿態(tài)計算軟件通過姿態(tài)計算方法確定星敏感器像空間坐標(biāo)在慣性坐標(biāo)系下的三軸姿態(tài)，然后發(fā)送給飛行器等載體系統(tǒng)。?

從星敏感器工作過程可知，星敏感器工作過程包括：圖像曝光過程，從圖像傳感器中讀取圖像信息，保存圖像信息，提取恒星星像坐標(biāo)，星圖識別以及姿態(tài)計算等過程。早期的星敏感器星圖以數(shù)字量的形式存在于內(nèi)存后，星提取軟件從內(nèi)存中讀取星圖信息，提取星圖中的星像坐標(biāo)，然而，采用軟件來實現(xiàn)星像提取算法，從星圖中提取星像坐標(biāo)，實時性不高。由于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過程，從圖像傳感器中讀取圖像信息，保存圖像信息，提取恒星星像坐標(biāo)，星圖識別以及姿態(tài)計算過程并行處理的工作邏輯，星敏感器在曝光本幀的圖像同時，從圖像傳感器中讀取上幀圖像信息，星圖數(shù)據(jù)從圖像傳感器輸出后，一方面存入SRAM中保存，另一方面與此同時FPGA讀取數(shù)字量并進行實時地提取星像坐標(biāo)。將得到的星像坐標(biāo)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(shù)據(jù)是剛曝光完的數(shù)據(jù)，實時性較高，隨著實時性的提高精度也就提高了。而且提取星像過程主要時間是用在SRAM的讀寫操作上，現(xiàn)在省去了對SRAM的讀寫操作，提取星像坐標(biāo)所用的時間降低，提高了整個星敏感器的工作效率提高(如圖1)。?

目前其成像器件均采用面陣的圖像傳感器，目前廣泛應(yīng)用的圖像傳感器面陣普遍是1024×1024像元，當(dāng)前應(yīng)用到星敏感器的傳感器只有單路輸出，普遍讀出速度在10M左右，從圖像傳感器中讀取圖像的時間大約為100毫秒左右，從理論上講，星敏感器的數(shù)據(jù)更新率只能達到10Hz左右。隨著圖像傳感器面陣增加，將會使星敏感器姿態(tài)精度非線性的提高，因此為了進一步提高星敏感器的精度，大面陣的圖像傳感器?是高精度星敏感器的發(fā)展趨勢。?

為了減少星敏感器從圖像傳感器中讀取圖像的時間，目前很多星敏感器選擇了多路并行輸出的傳感器(比如CMV4000可以同時16路并行輸出)，這種傳感器主要把圖像按照行的方向(有些傳感器按列的方向)把圖像均勻地分為多塊子圖，用戶可以利用傳感器的接口并行地讀出這些子圖，從而降低了從傳感器中讀取數(shù)據(jù)時間，從而降低了星敏感器圖像讀取時間。現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是由邏輯功能塊排列成陣列組成，并通過可編程的內(nèi)部連線連接這些功能塊來實現(xiàn)不同的設(shè)計，對電路的維護和修改很方便。星像坐標(biāo)提取算法實現(xiàn)中包含大量的運算是加、減運算，而且算法控制結(jié)構(gòu)比較簡單，適合于用FPGA實現(xiàn)，因此可以采用FPGA來實現(xiàn)并行地從多路中提取恒星星像坐標(biāo)，而當(dāng)恒星星像所有像元分布在兩個子星圖時，采用傳統(tǒng)的實時提取方法只能從各個子圖中提取相應(yīng)的坐標(biāo)，從而造成恒星星像的像元“拆”成了兩部分，導(dǎo)致提取的恒星星像坐標(biāo)不正確，而由于星敏感器使用過程中隨即對準(zhǔn)天球，星圖中可能存在多個恒星星像所有像元分布在兩個子星圖內(nèi)，為了避免由于提取恒星星像坐標(biāo)帶來的問題，用戶不得不把圖像先保存到存儲器中，然后再從存儲器中讀取星圖數(shù)據(jù)后提取星圖中恒星星像坐標(biāo)，這樣就造成了從傳感器中讀取圖像時間與提取恒星星像坐標(biāo)時間之串行工作，增加了星敏感器的更新周期，降低了提取恒星星像坐標(biāo)的實時性，從而降低了星敏感器的數(shù)據(jù)更新率。?

發(fā)明內(nèi)容

基于以上不足之處，本發(fā)明提出一種圖像傳感器多路輸出的星敏感器實時提取星像質(zhì)心方法，該方法即提高星敏感器精度，同時又提高星敏感器的數(shù)據(jù)更新率。?

本發(fā)明所采用的技術(shù)如下：一種多路輸出圖像傳感器的星敏感器實時提取星像坐標(biāo)方法，以星圖按列方向平均地分為m塊，m≥3，其中從左到右的圖像分別為第A₁，A₂，…，A_m塊子星圖，步驟如下：?