专利名称：一种提高ccd星敏感器动态性能的方法
技术领域：
本发明涉及空间技术，具体说就是一种提高CCD星敏感器动态性能的方法。 背景技术：
飞行器准确的位置姿态信息是飞行器自主地捕获目标、接收指令、实现轨道机动或将收集到的信息传回地面等的必要基础。目前有很多仪器可以为飞行器提供姿态信息， 如陀螺仪、地平仪、磁力计、太阳敏感器、CCD星敏感器等。这是依据不同的参考系制作的相应的传感器，根据传感器所测量出的相对参考系的信息变化，而推测航天器的姿态变化。其中CCD星敏感器因其功耗低、体积小、精度高、自主性强和无姿态积累误差等优点而备受青睐。其工作原理就是恒星所发出的星光通过光学系统成像在C⑶光敏面上，由CXD信号检测线路将星光的光能转换成模拟电信号，模拟信号处理单元对其进行放大、滤波、整形等处理后，模数转换单元对其进行模数转换和数据采集。数据处理单元对数字化后的星图进行处理，星提取软件对星图进行大目标剔除、星点提取、星点坐标计算和星等计算。星识别过程对星图中的星按匹配方法构造匹配模式，与导航星库中的已有模式进行匹配、处理，形成观测星与导航星的唯一匹配星对。利用匹配星对，姿态计算软件通过姿态计算方法确定星敏感器光轴在惯性空间中的指向，最后由此指向及星敏感器与卫星本体的安装角就可以完成卫星三轴瞬时姿态的测量，通过姿态预测算法预测卫星的下一姿态并进行姿态控制。从 CCD星敏感器工作过程可知，星像提取是星敏感器识别和姿态计算的。传统模式下，当天空星图以数字量的形式存在于内存后，星提取软件从内存中读取星图信息，提取星图中的星像坐标，星图采集以后，如何从图像传感器输出的原始星像中准确快速的提取出用于星图识别的有用信息(恒星的星像坐标)，满足实时性要求，是导航系统正确工作的基础， 然而，采用软件来实现星像提取算法，从星图中提取星像坐标，实时性不高。由于现场可编程门阵列(FPGA)是在专用ASIC的基础上发展起来的，它克服了 ASIC不够灵活的缺点。与其他中小规模集成电路相比，其优点主要在于有很强的灵活性，它是由逻辑功能块排列成阵列组成，并通过可编程的内部连线连接这些功能块来实现不同的设计，对电路的维护和修改很方便。星像提取算法实现中包含大量的运算是加、减运算，而且算法控制结构比较简单，适合于用FPGA实现。因此，为了进一步提高数据更新率，目前很多星敏感器采用FPGA来实现星像提取算法，这样在星图数据读出的同时就可以计算目标的质心，为后续的星图匹配工作提供了时间，提高了系统的实时要求。然而不管是采用软件实现提取星像坐标还是采用FPGA实现提取星像坐标，采用传统的CXD星敏感器工作流程，由于曝光、转移、存储以及星像提取、星图识别和姿态计算的顺序，串行进行，所用的总的时间较长，因此很难提高星敏感器数据更新率。由于星敏感器的工作情况正好符合流水工作的条件；其中流水模式是将图像曝光部分、图像存储部分、星像提取时间与星图识别时间和姿态计算部分并行处理的工作逻辑，星敏感器在曝光本帧的图像同时，处理上帧星图，星敏感器整机的数据更新时间为流水结构中最慢的一级所占用的时间，这样进一步提高了数据更新率，但是，由于星敏感器每次处理的都是上帧星图，虽然提高了数据更新率，但是降低了实时性，所以这样也很难满足当前高精度、高动态的需求。随着航天技术的发展，对航天器姿态控制的精度和实时性要求越来越高。所以提高星敏感器的精度和工作频率显得非常的必要。星敏感器的工作精度主要由光学器件精度和数据处理精度决定。数据处理的实时性的提高将很大程度的提高星敏感器的精度。传统方式按照曝光、转移、存储以及星像提取、星图识别和姿态计算的顺序，串行进行，因此降低了数据更新率。流水线模式下处理的是上一帧图像的数据，得到的姿态也就是上一帧时候的姿态数据，造成姿态精度的延时，这在高动态的情况下显得更加明显。虽然有些流水模式采用FPGA来实现提取星像坐标，但是FPGA进行提取星像的时间就是存储器的读取时间。所以如果能够改变星敏感器的工作模式，使得处理的数据为刚曝光的图像数据，也就是A/D转换后的数据，那么在保存一幅星图转移到存储器的同时， 提取星像坐标的过程也已经完成，实时性得到了保证。

发明内容
本发明的目的在于提供一种提高CCD星敏感器动态性能的方法。本发明的目的是这样实现的C⑶星敏感器的工作流程如下模拟量星图数据经放大、A/D转换变成数字量后，存入SRAM中保存，与此同时FPGA读取数字量并进行实时判断星点和提取星像坐标，将得到的星像坐标传给星图识别模块进行星图识别，在这种工作流程中，需要FPGA对A/D转换以后的数据进行实时判断和质心计算，星点质心算法为带阈值的质心算法，基本公式如下
权利要求
1. 一种提高CCD星敏感器动态性能的方法，其特征在于CCD星敏感器的工作流程如下模拟量星图数据经放大、A/D转换变成数字量后，存入SRAM中保存，与此同时FPGA读取数字量并进行实时判断星点和提取星像坐标，将得到的星像坐标传给星图识别模块进行星图识别，在这种工作流程中，需要FPGA对A/D转换以后的数据进行实时判断和质心计算，星点质心算法为带阈值的质心算法，基本公式如下
全文摘要
本发明提供一种提高CCD星敏感器动态性能的方法。CCD星敏感器的工作流程如下模拟量星图数据经放大、A/D转换变成数字量后，存入SRAM中保存，与此同时FPGA读取数字量并进行实时判断星点和提取星像坐标，将得到的星像坐标传给星图识别模块进行星图识别，在这种工作流程中，FPGA对A/D转换以后的数据进行实时判断和质心计算。本发明提高了数据更新率，提取星像坐标，将得到的星像坐标传给星图识别模块进行星图识别。这样星敏感器处理的星像数据是刚曝光完的数据，省去了对SRAM的读写操作，星点提取所用的时间降低，提高了整个星敏感器的工作效率。
文档编号G01C21/24GK102155945SQ201110054188
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者李清华, 李葆华, 温奇咏, 陈希军 申请人:哈尔滨工业大学