一种提高星敏感器数据更新率的方法
【技术领域】
[0001]本专利属于空间飞行器用恒星敏感器领域，涉及一种星敏感器高数据更新率实现方法。
【背景技术】
[0002]星敏感器是一种成像式空间姿态测量敏感器，通过对所拍星图的星点提取、识别和计算，输出星敏感器的三轴姿态信息，由于其具有高精度、高可靠性等特点，被广泛用于卫星、飞船等各类航天器中。数据更新率是星敏感器一项重要指标，特指星敏感器正常工作时(恒星跟踪模式)的星图采样和姿态输出频率。
[0003]现有的采用卷帘式快门敏感芯片的星敏感器，如德国Jena公司的AstroAPS等，数据更新率一般为1Hz左右。在这些星敏感器的恒星跟踪模式中，虽然只对跟踪窗口内的图像数据进行处理，但由于敏感芯片需要曝光和读取全部的图像数据，消耗时间长，不利于星敏感器高数据更新率的实现。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种星敏感器高数据更新率实现方法，在保证恒星跟踪模式下有正常姿态数据输出的前提下，显著减少从敏感芯片中读取的数据量，从而实现卷帘式快门星敏感器高数据更新率。
[0005]本发明的技术方案是:一种提高星敏感器数据更新率的方法，步骤如下:
[0006]I)星敏感器得到新的一帧跟踪模式星图数据后，用新的一帧跟踪模式星图数据中的索引号ID在历史窗口信息库中查找；用与新的一帧跟踪模式星图数据ID相匹配的窗口信息，完成星点提取、匹配识别和姿态解算后，得到当前帧的姿态数据，使用当前帧和上一帧的姿态数据预测下一时刻星敏感器粗姿态；所述的窗口信息包括窗口坐标、对应导航星号;
[0007]2)根据步骤I)预测出的粗姿态和星敏感器视场大小，从导航星表中提取视场内的导航星并按仪器星等从小到大排序，取前N颗导航星作为导航星队列1，其中N为大于等于3的正整数；
[0008]3)设跟踪窗口大小为2LX2L，将导航星队列I的N颗导航星反投影到星敏感器几何像面，剔除距离像面边缘为L区域内的导航星，按导航星点行坐标从小到大的顺序将剔除后剩余的导航星排序，得到导航星队列2 ;按导航星队列2中星点坐标位置和跟踪窗口大小得到窗口队列1，其中窗口起始行列坐标等于导航星行列坐标减去L ;若窗口队列I的窗口数大于等于3，则执行步骤4)，否则执行步骤I)获取下一帧星图数据；所述的L为正整数；
[0009]4)建立第一个行段，提取窗口队列I中第一个窗口 Wl，将其起始行坐标作为第一个行段RQl的首行坐标RQl.sr，第一个行段RQl的行数RQl.rn为2L ;
[0010]5)提取窗口队列I中下一个窗口 fc，判断fc与最新建立的行段RQx的关系；若Wn的起始行坐标Wn.sr不大于(RQx.sr+RQx.rn_l)，执行步骤6);否则，执行步骤7);其中RQx.sr为新建行段RQx的首行坐标，RQx.rn为新建行段RQx的行数；
[0011]6)判断已建立行段的总行数RSum加上(Wn.sr-RQx.sr)是否大于总行数限制值Max = Ι/ur/rt ;若是，则执行步骤8);否则RQx首行坐标不变，行数增加(Wn.sr-RQx.sr)，判断窗口队列I中窗口是否提取结束，若是，执行步骤8)，否则执行步骤5);其中ur表示数据更新率，rt表示行读取间隔时间；
[0012]7)判断已建立行段的总行数RSum加上2L是否大于总行数限制值Max = 1/ur/rt ;若是，则执行步骤8);否则新建行段RQx，将Wn的起始行坐标作为新建行段RQx的首行坐标，新建行段RQx行数为2L ;判断窗口队列I是否提取结束，若是，则执行步骤8)，否则执行步骤5)；
[0013]8)判断已建立行段的总行数RSum是否等于Max ;若不是，最近一次新建行段RQx的行数增加(Max-RSum)；
[0014]9)建立窗口队列2，将生成行段过程中提取过的窗口队列I中的窗口依次转存入窗口队列2 ;建立行段队列1，将步骤4)-步骤8)生成的所有行段信息存入行段队列1，并为行段队列I分配索引号；将窗口队列2、行段队列1、索引号写入硬件逻辑，硬件逻辑控制敏感芯片曝光和星图读出存储。
[0015]本发明与现有技术相比的积极效果:
[0016]I)减少星敏感器敏感芯片曝光和读出的数据量，进而提高星敏感器更新率。现有技术多需曝光和读取全部的图像数据，按敏感芯片的面阵为1024X1024像元、像元时钟12.5MHz核算，读取一幅全星图需要超过84ms的时间(除行间等待时间外)，则星敏感器更新最大不超过IlHz ;若采用本发明提出的方法，针对大于10个20X20像元的跟踪窗口进行最优行信息分配，可将需读取的像元数限制在400 X 1024内，像元读取时间不到33ms，则星敏感器更新率可提高到30Hz以上。
[0017]2)保证星敏感器软硬件数据交互时的严格对应。现有技术多采用乒乓方式实现软硬件数据交互时的对应，只能保证图像数据存储和软件计算两级流水线的数据严格对应。本发明采用循环索引的方式，保证了在图像曝光、图像数据存储和软件计算三级流水线上数据严格对应。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施过程流程图；
[0019]图2为行段计算过程中扩充行段前示意图；
[0020]图3为行段计算过程中扩充行段后示意图；
[0021]图4为行段计算过程中新建行段示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明已应用于国产某小型星敏感器，如图1所示，具体实施步骤如下:
[0023]I)星敏感器得到新的一帧跟踪模式星图数据后，用新的一帧跟踪模式星图数据中的索引号ID在历史窗口信息库中查找；用与新的一帧跟踪模式星图数据ID相匹配的窗口信息，完成星点提取、匹配识别和姿态解算后，得到当前帧的姿态数据，使用当前帧和上一帧的姿态数据预测下一时刻星敏感器粗姿态；所述的窗口信息包括窗口坐标、对应导航星号;
[0024]2)根据步骤I)预测出的粗姿态和星敏感器视场大小，从导航星表中提取视场内的导航星并按仪器星等从小到大排序，取前N颗导航星作为导航星队列1，其中N为大于等于3的正整数；
[0025]3)设跟踪窗口大小为2LX2L，将导航星队列I的N颗导航星反投影到星敏感器几何像面，剔除距离像面边缘为L区域内的导航星，按导航星点行坐标从小到大的顺序将剔除后剩余的导航星排序，得到导航星队列2 ;按导航星队列2中星点坐标位置和跟踪窗口大小得到窗口队列1，其中窗口起始行列坐标等于导航星行列坐标减去L ;若窗口队列I的窗口数大于等于3，则执行步骤4)，否则执行步骤I)获取下一帧星图数据；所述的L为正整数；
[0026]4)建立第一个行段，提取窗口队列I中第一个窗口 Wl，