[發明專利]一種基于線陣APS圖像傳感器的小型雙軸太陽敏感器

在審

• 申請號: 201410318811.6
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104142136A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 張建福;梁鶴;呂政欣;賈錦忠;余成武
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種基于線陣APS圖像傳感器的小型雙軸太陽敏感器，其特征在于：包括光電組件、圖像采集與預處理單元、圖像處理和誤差補償單元，其中光電組件包括掩膜板和APS圖像傳感器，圖像采集與預處理單元包括視頻放大器、A/D轉換器和FPGA，圖像處理和誤差補償單元包括單片機和存儲器ROM，其中：?

掩膜板：將太陽光線投影到APS圖像傳感器，產生具有雙軸太陽角信息的光信號；?

APS圖像傳感器：接收FPGA輸出的APS圖像傳感器工作時序，將所述具有雙軸太陽角信息的光信號轉化為電信號，并將所述電信號發送給視頻放大器；?

視頻放大器：接收APS圖像傳感器輸出的電信號進行濾波和信號放大，并輸出給A/D轉換器；?

A/D轉換器：接收FPGA輸出的A/D轉換器工作時序，將視頻放大器輸出的模擬信號轉換為數字信號，供FPGA采集；?

FPGA：將APS圖像傳感器工作時序輸出給APS圖像傳感器，將A/D轉換器工作時序輸出給A/D轉換器，采集A/D轉換器輸出數字圖像信號，進行圖像預處理，并將預處理的結果供單片機讀取；?

單片機：從FPGA讀取圖像預處理后的結果，完成圖像處理，從存儲ROM中讀取誤差補償系數進行誤差補償；?

存儲器ROM：存儲誤差補償系數。?

2.根據權利要求1所述的一種基于線陣APS圖像傳感器的小型雙軸太陽敏感器，其特征在于所述光電組件中的掩膜板為“N”形五光縫玻璃板結構，玻璃板上具有五條光縫，中間三條為等間距的直縫，直縫兩邊各有一條斜縫，正中間的1條垂直縫S0與最外側的兩條傾斜光縫S1、S2呈大寫?的“N”形分布，兩條傾斜光縫S1、S2與中間的垂直縫S0間的夾角為γ，S0與APS圖像傳感器的排列方向正交，在正中間的光縫S0兩側等間距布有與其平行的兩條輔助光縫S0L、S0R，用于中間光縫S0的識別，掩膜板位于APS圖像傳感器上方的平面內；其中γ的角度取值范圍為30°～60°。?

3.根據權利要求1或2所述的一種基于線陣APS圖像傳感器的小型雙軸太陽敏感器，其特征在于所述FPGA包括圖像采集模塊、圖像預處理模塊、雙口RAM、單片機接口模塊、時鐘分頻模塊、全局時鐘和復位時鐘管理模塊，其中：?

圖像采集模塊：產生APS圖像傳感器工作時序和A/D工作時序，采集A/D轉換器輸出圖像灰度值v_i，i＝1～2048，將圖像灰度值v_i輸出給圖像預處理模塊；同時從時鐘分頻模塊接收分頻后的時鐘信號；?

圖像預處理模塊：接收圖像采集模塊輸出的圖像灰度值v_i，提取圖像中的有效太陽光斑信息，具體方法如下：?

(1)、對每個像元圖像進行去背景處理，公式如下：?

v′_i＝v_i-v_bk，?

其中：v′_i為第i個像元經去背景處理后的輸出值，v_i為第i個像元灰度值，v_bk為去背景閾值；?

(2)、利用如下公式得到每個亮斑的質量矩因子XA和每個亮斑的灰度和GA；?

其中：?

i為像元序號，m為光斑的起始像元，n為光斑的終止像元；?

(3)、將運算結果存儲到雙口RAM模塊，重復步驟(1)～(3)，直至處理完成一幅圖像中所有的太陽亮斑信息；?

雙口RAM：包括質量矩因子XA_RAM、每個亮斑的灰度和GA_RAM以及預處理結果輸出OUT_RAM，其中將每個亮斑的所有像元利用乘法器實現的i×v'_i運算結果存儲到XA_RAM中，將每個亮斑的所有像元對應的灰度值v′_i存儲到GA_RAM中，將每個亮斑的質量矩因子XA和每個亮斑的灰度和GA存儲到OUT_RAM中；?

單片機接口模塊：連接單片機與雙口RAM中的OUT_RAM，接收單片機輸出的讀寫信號和地址信號，由單片機從OUT_RAM中讀取運算結果；?

復位和時鐘管理模塊：接收外部輸入的復位信號，實現復位信號的同步釋放，接收外部輸入的時鐘信號，將時鐘信號接入FPGA的全局時鐘；?

全局時鐘：FPGA內部高速信號走線網絡，從復位和時鐘管理模塊接收外部輸入的時鐘信號，并將所述時鐘信號輸出給時鐘分頻模塊；?

時鐘分頻模塊：對外部輸入的時鐘信號進行分頻處理，分頻后的時鐘信號輸出給圖像采集模塊。?