一种多路输出图像传感器的星敏感器实时提取星像坐标方法
【专利摘要】本发明提出一种图像传感器多路输出的星敏感器实时提取星像质心方法，该方法在提取恒星星像坐标过程中，首先判断该恒星星像是否在子星图的边沿，如果不是在子星图的边沿，直接采用重心法计算相应的星像坐标；如果是在子星图的边沿，在提取恒星星像坐标过程中不但保存恒星星像灰度值，而且保存该恒星星像的边沿信息，最后根据这些边沿信息判断哪些恒星星像所有像元分布在两个子星图，然后对像元分布在两个子星图的恒星星像采用重心法计算相应的恒星星像坐标。本方法具有更好的实时性，提高了星敏感器的数据更新率，进一步提高了星敏感器的动态性能。
【专利说明】一种多路输出图像传感器的星敏感器实时提取星像坐标方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多路输出图像传感器的星敏感器实时提取星像坐标方法。
【背景技术】
[0002]星敏感器(Star Sensor)是目前多种飞行器中广泛采用的一种高精度、高可靠性的姿态测量部件。其工作原理就是:恒星所发出的星光通过光学系统成像在图像传感器上，图像传感器把光信号转换为电信号，并形成一幅完整的数字星图，数据处理单元对数字星图进行处理，星提取软件对星图进行大目标剔除、星像坐标提取和星等计算。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像空间坐标在惯性坐标系下的三轴姿态，然后发送给飞行器等载体系统。
[0003]从星敏感器工作过程可知，星敏感器工作过程包括:图像曝光过程，从图像传感器中读取图像信息，保存图像信息，提取恒星星像坐标，星图识别以及姿态计算等过程。早期的星敏感器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，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过程，从图像传感器中读取图像信息，保存图像信息，提取恒星星像坐标，星图识别以及姿态计算过程并行处理的工作逻辑，星敏感器在曝光本帧的图像同时，从图像传感器中读取上帧图像信息，星图数据从图像传感器输出后，一方面存入SRAM中保存，另一方面与此同时FPGA读取数字量并进行实时地提取星像坐标。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，实时性较高，随着实时性的提高精度也就提高了。而且提取星像过程主要时间是用在SRAM的读写操作上，现在省去了对SRAM的读写操作，提取星像坐标所用的时间降低，提高了整个星敏感器的工作效率提高(如图1)。
[0004]目前其成像器件均采用面阵的图像传感器，目前广泛应用的图像传感器面阵普遍是1024X1024像元，当前应用到星敏感器的传感器只有单路输出，普遍读出速度在IOM左右，从图像传感器中读取图像的时间大约为100毫秒左右，从理论上讲，星敏感器的数据更新率只能达到IOHz左右。随着图像传感器面阵增加，将会使星敏感器姿态精度非线性的提高，因此为了进一步提高星敏感器的精度，大面阵的图像传感器是高精度星敏感器的发展趋势。
[0005]为了减少星敏感器从图像传感器中读取图像的时间，目前很多星敏感器选择了多路并行输出的传感器(比如CMV4000可以同时16路并行输出)，这种传感器主要把图像按照行的方向(有些传感器按列的方向)把图像均匀地分为多块子图，用户可以利用传感器的接口并行地读出这些子图，从而降低了从传感器中读取数据时间，从而降低了星敏感器图像读取时间。现场可编程门阵列(FPGA)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。星像坐标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，因此可以采用FPGA来实现并行地从多路中提取恒星星像坐标，而当恒星星像所有像元分布在两个子星图时，采用传统的实时提取方法只能从各个子图中提取相应的坐标，从而造成恒星星像的像元“拆”成了两部分，导致提取的恒星星像坐标不正确，而由于星敏感器使用过程中随即对准天球，星图中可能存在多个恒星星像所有像元分布在两个子星图内，为了避免由于提取恒星星像坐标带来的问题，用户不得不把图像先保存到存储器中，然后再从存储器中读取星图数据后提取星图中恒星星像坐标，这样就造成了从传感器中读取图像时间与提取恒星星像坐标时间之串行工作，增加了星敏感器的更新周期，降低了提取恒星星像坐标的实时性，从而降低了星敏感器的数据更新率。
【发明内容】
[0006]基于以上不足之处，本发明提出一种图像传感器多路输出的星敏感器实时提取星像质心方法，该方法即提高星敏感器精度，同时又提高星敏感器的数据更新率。
[0007]本发明所采用的技术如下:一种多路输出图像传感器的星敏感器实时提取星像坐标方法，以星图按列方向平均地分为m块，m≥ 3，其中从左到右的图像分别为第A1, A2,…，Am块子星图，步骤如下:
[0008](I)读取像元的坐标和灰度值，利用该像元的坐标判断，如果该像元属于第A1块子星图，跳转到第2步；如果该像元属于第A2块子星图，跳转到第4步；如果该像元属于第Ak (3≤k≤ m-Ι)块子星图，跳转到第7步；如果该像元属于第子星图，跳转到第8步；
[0009](2)采用重心法从第A1块子星图中获取所有恒星星像坐标，如果该恒星星像位于第仏块子星图的中间，保存该恒星星像坐标；如果该恒星星像位于第仏块子星图的右边边沿，跳到第3步；
[0010](3)保存该恒星星像的
【权利要求】
1.一种多路输出图像传感器的星敏感器实时提取星像坐标方法，以星图按列方向平均地分为m块，m > 3，其中从左到右的图像分别为第A1, A2,…，Affl块子星图，其特征在于，步骤如下: (1)读取像元的坐标和灰度值，利用该像元的坐标判断，如果该像元属于第A1块子星图，跳转到第2步；如果该像元属于第A2块子星图，跳转到第4步；如果该像元属于第Ak (3m-Ι)块子星图，跳转到第7步；如果该像元属于第子星图，跳转到第8步； (2)采用重心法从第Al块子星图中获取所有恒星星像坐标，如果该恒星星像位于第A1块子星图的中间，保存该恒星星像坐标；如果该恒星星像位于第A1块子星图的右边边沿，跳到第3步； ⑶保存该恒星星像的，
【文档编号】G01C21/02GK103983264SQ201410208144
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】李葆华, 王常虹 申请人:哈尔滨工业大学