一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法
【专利摘要】一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法，可利用大规模逻辑器件的并行处理方式实现传统单片机处理方法难以实现的杂光抑制功能。处理过程包括脉宽滤波、地入角数据处理、弦宽数据处理、数据有效信号处理和数据状态处理。本方法与扫描电机控制算法、通信控制、自测试等功能集成在一个芯片中，可大大减少现有技术硬件电路占用的体积和重量，实现红外地球敏感器的微小型设计。脉宽滤波可以抑制杂光或外界噪声造成的干扰；弦宽数据的处理，可以直接排除红外地球敏感器视线扫描到太阳产生的错误数据；地入角数据的处理，可以直接排除杂光干扰产生的错误数据。
【专利说明】一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法，属于红外地球敏感器测量信息处理领域。
【背景技术】
[0002]圆锥扫描红外地球敏感器是一种以地球为观测对象的光学姿态敏感器，主要用于卫星、飞船等航天器在轨飞行时的姿态测量任务。圆锥扫描红外地球敏感器上安装有扫描装置，视线和扫描轴有一个夹角，视线在电机驱动下绕扫描轴旋转时形成一个圆锥面对地平圈进行扫描，在一次扫描中两次扫过地平圈，从宇宙冷空间扫过与地球边界时产生前沿脉冲，从地球扫出至与冷空间的边界时产生后沿脉冲，视线扫过敏感器自身基准点时产生基准脉冲。扫描装置含内有角度传感器，当旋转一圈时产生与角度传感器分辨率相关的时钟信号。每扫描一圈可以确定地平圈上的两个点，经过对时钟计数，得到前沿脉冲与后沿脉冲之间的角宽度(弦宽数据)和前沿脉冲与基准脉冲之间的角宽度(地入角数据)。
[0003]传统的圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法，均以单片机系统及其处理软件为核心，辅以外围模拟和数字电路，在红外地球敏感器整机电路中占有很大的比重，体积较大，不利于整机的小型化设计。其实现方法为:输入输出口采用查询方式，判断前沿脉冲、后沿脉冲和基准脉冲的电平，确定在扫描一圈的测量周期中上述三个脉冲是否存在，再结合中断和计数器，获得弦宽数据和地入角数据。由于圆锥扫描红外地球敏感器在工作过程中可能扫描到太阳，生成近似于扫描到地球时的出现前沿脉冲和后沿脉冲；也有可能扫描到月亮，生成前沿脉冲。抑制日月杂光干扰尤其重要。单片机系统采用顺序执行的方法，资源受限，只能通过判断I个测量周期内是否有多个前/后沿脉冲，提供是否“见太阳”或“见月亮”的状态信息，但测量数据被干扰，无法供卫星控制系统使用，如果长期受日月干扰，则会影响卫星工作。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法，有利于小型化设计、具备杂光干扰抑制能力、用于微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法，其特征在于步骤如下:
[0006](I)定义红外地球敏感器从宇宙冷空间扫过地球边界时产生前沿脉冲，从地球扫出至冷空间的边界时产生后沿脉冲，红外地球敏感器的视线扫过敏感器自身基准点时产生基准脉冲，红外地球敏感器的扫描装置包括角度传感器，当红外地球敏感器旋转一圈时产生与角度传感器分辨率相关的时钟信号；
[0007](2)首先对步骤⑴的前沿脉冲、后沿脉冲和基准脉冲进行脉宽滤波，滤掉脉冲宽度小于2ms的信号，形成脉宽滤波后的前沿脉冲、脉宽滤波后的后沿脉冲和脉宽滤波后的基准脉冲，抑制外界产生的高频干扰；
[0008](3)步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲和脉宽滤波后的后沿脉冲产生一个计数门控信号，即弦宽信号，步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻，该弦宽信号为高，步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，该弦宽信号为低；步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻开始对弦宽信号中的时钟信号进行计数，直至步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻结束计数，产生弦宽数据，在结束计数时判断该弦宽数据的角度若小于8.5°，则从弦宽数据中去掉该角度，得到去除了太阳干扰的弦宽数据；
[0009](4)步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲和脉宽滤波后的基准脉冲产生另一个计数门控信号，即地入角信号，步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻，该地入角信号为高，步骤(2)的脉宽滤波后的基准脉冲的上升沿时刻，该地入角信号为低；从步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻开始对地入角信号中的时钟信号进行计数，直至步骤
(2)的脉宽滤波后的基准脉冲的上升沿时刻结束计数，产生地入角数据；当步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，计数门控信号为高，则从步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻起，禁止步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻重新开始对地入角信号中的时钟信号进行计数，直至计数门控信号为低；
[0010](5)对步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲和后沿脉冲的脉冲个数分别计数，得到脉宽滤波后的前沿脉冲数量和后沿脉冲的脉冲数量；
[0011](6)从弦宽信号和地入角信号中选择出宽度最长的信号作为数据有效信号，但当步骤(4)的地入角数据的角度值大于等于1800°，步骤(3)的弦宽信号作为数据有效信号；当步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，判断步骤(4)的地入角信号，若该地入角信号为高电平，则在步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻至步骤(2)的脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻期间，步骤(4)的地入角信号为数据有效信号；
[0012](7)步骤(6)的数据有效信号为高电平时，步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据有效，即有效弦宽数据；步骤(4)的地入角数据有效，即有效地入角数据；
[0013](8)在步骤(6)的数据有效信号的下降沿时刻进行判断，若步骤(5)前沿脉冲数量为0，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“无前沿”，若步骤(5)前沿脉冲数量大于O小于等于1，则设置去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“有前沿”，若步骤(5)前沿脉冲数量大于1，则设置去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“多前沿”;
[0014]若后沿脉冲数量为0，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“无后沿”;若后沿脉冲数量大于O小于等于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“有后沿”;若后沿脉冲数量大于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“多后沿”;
[0015]若前沿脉冲数大于I且后沿脉冲数等于I，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“见月亮”;若前沿脉冲数和后沿脉冲数均大于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“杂光干扰”。
[0016](9)在步骤(6)的数据有效信号的下降沿时刻，将步骤(7)有效弦宽数据和有效地入角数据以及步骤(8)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位输出。
[0017]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0018](I)本发明方法，可利用ASIC或FPGA等大规模逻辑器件的并行处理方式实现传统单片机处理方法难以实现的杂光抑制功能。本方法与扫描电机控制算法、通信控制、自测试等功能集成在一个芯片中，可大大减少现有技术硬件电路占用的体积和重量，实现红外地球敏感器的微小型设计。
[0019](2)步骤(2)的前沿脉冲、后沿脉冲和基准脉冲进行脉宽滤波，可以抑制杂光或外界噪声造成的干扰，现有技术采用的单片机系统要实现该功能需要占用较大的软件和硬件资源。
[0020](3)步骤(3)的弦宽数据的产生方法，可以直接排除红外地球敏感器视线扫描到太阳产生的错误数据，现有技术只能提示可能有错误数据，而无法直接排除。
[0021](4)步骤(4)的地入角数据的产生方法，可以直接排除杂光干扰产生的错误数据，现有技术只能提示可能有错误数据，而无法直接排除。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明方法的处理框图；
[0023]图2为脉宽滤波处理流程图；
[0024]图3为弦宽数据处理流程图；
[0025]图4为地入角数据处理流程图；
[0026]图5为数据有效信号处理流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
[0028]本发明一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法，如图1所示，处理过程包括脉宽滤波、地入角数据处理、弦宽数据处理、数据有效信号处理和数据状态处理。红外地球敏感器产生前沿脉冲、后沿脉冲、基准脉冲和时钟信号；
[0029](一 )脉宽滤波
[0030]首先对前沿脉冲、后沿脉冲和基准脉冲信号进行脉宽滤波。在步骤(2)中完成，滤波方法流程图如图2所示。可以通过输出缓冲器和状态维持时间计数器完成本功能。首先判断输出缓冲器是否与输入信号电平值是否相等，若不等则将输入信号电平值赋给输出缓冲器，并将状态维持时间计数器清零，然后重新查询输出缓冲器是否与输入信号电平值相等，若相等则状态维持时间计数器计数值加1，同时判断输出缓冲与输入值相等这个状态能否保持2ms，如能保持2ms时间则将输出缓冲器的值输出，未保持2ms时间则继续判断输出缓冲器是否与输入信号电平值是否相等。脉冲宽度小于2ms的信号不能进入后续处理，可以达到抑制外界高频干扰的目的。
[0031](二)弦宽数据处理
[0032]步骤(3)实现弦宽数据处理。脉宽滤波后的前沿脉冲、后沿脉冲和时钟信号参与弦宽数据处理，如图1所示。脉宽滤波后的前沿脉冲和后沿脉冲产生一个计数门控信号，即弦宽信号。脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻弦宽信号为高，脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻弦宽信号为低。可以通过一个计数器得到弦宽数据。流程图如图3所示。首先判断是否为脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻，若是，则将弦宽数据计数器清零，准备开始计数，再判断是否为脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻；若不是，则判断是否为脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻且弦宽数据的角度若大于8.5°，若是在脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻且弦宽数据的角度若大于8.5°则可以输出去除了太阳干扰的弦宽数据，若不是，判断门控信号是否允许计数。弦宽数据计数器在门控信号的控制下对时钟信号进行计数，允许计数的情况下弦宽数据计数器对时钟信号计数值加1，不允许计数则重新回到开始。弦宽数据角度若小于8.5°则数据不输出，认定为太阳造成的干扰。
[0033]在步骤(9)中，数据有效信号的下降沿时刻，将去除了太阳干扰的有效弦宽数据输出。
[0034](三)地入角数据处理
[0035]步骤(4)实现地入角数据处理。脉宽滤波后的前沿脉冲、后沿脉冲、基准脉冲和时钟信号参与地入角数据处理，如图1所示。
[0036]前沿脉冲和基准脉冲产生一个计数器门控信号，即地入角信号。脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻门控信号为高，脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻门控信号为低。脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻开始对时钟信号进行计数，脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻结束计数。可以通过一个计数器得到地入角数据。当脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，计数门控信号为高，则从脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻起，脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻不重新开始对地入角信号中的时钟脉冲进行计数，直至计数门控信号为低。
[0037]流程图如图4所示，首先判断是否为脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻，若是，再判断如果允许将弦宽数据计数器清零，则清零准备开始计数，如不允许清零或不是脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻则进行后续处理。地入角数据计数器的清零时机为:当脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻判断计数器门控信号为高，则在脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻至脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻期间禁止可能出现的多个脉宽滤波后的前沿脉冲对计数器清零；其余情况下，允许脉宽滤波后的前沿脉冲上升沿时刻计数器清零。
[0038]再判断若是脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻，输出地入角数据并将计数器清零；若不是，则判断门控信号是否允许计数。地入角数据计数器在门控信号的控制下对时钟信号进行计数，允许计数的情况下地入角数据计数器对时钟信号计数值加1，不允许计数则重新回到开始。
[0039]在步骤(9)中，数据有效信号的下降沿时刻，将有效地入角数据输出。
[0040](四)数据有效信号处理
[0041]在步骤(7)中，利用弦宽信号和地入角信号生成一个数据有效信号，数据有效信号为高时，表征此期间的弦宽数据和地入角数据有效。在步骤(9)中，数据有效信号的下降沿时刻，将有效弦宽数据、有效地入角数据以及弦宽数据的相应状态位输出。
[0042]在步骤￠)中，从弦宽信号和地入角信号中选择出宽度最长的信号作为数据有效信号。要考虑两种特殊情况:当步骤(4)的地入角数据的角度值大于等于1800°时，步骤
(3)的弦宽信号作为数据有效信号；当步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，判断步骤(4)的地入角信号，若该地入角信号为高电平，则在步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻至步骤(2)的脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻期间，步骤(4)的地入角信号为数据有效信号。
[0043]流程图如图5所示，首先判断地入角数据的角度值若大于1800°，将弦宽信号作为数据有效信号；若不是，判断脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻地入角信号是否为高。脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻地入角信号为高，则在脉宽滤波后的后沿脉冲上升沿时刻至脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻期间，地入角信号为数据有效信号。其余情况下，弦宽信号和地入角信号中选择出宽度最长的信号作为数据有效信号。
[0044](五)数据状态处理
[0045]提供有效数据的同时，还需附加数据状态，以供判断红外地球敏感器工作状态。在步骤(6)中对脉宽滤波后的前沿脉冲和后沿脉冲的脉冲个数分别计数，得到脉宽滤波后的前沿脉冲数量和后沿脉冲的脉冲数量；在步骤(8)中，在数据有效信号的下降沿时刻进行判断，若步骤(5)前沿脉冲数量为0，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“无前沿”，若步骤(5)前沿脉冲数量大于O小于等于1，则设置去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“有前沿”，若步骤(5)前沿脉冲数量大于1，则设置去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“多前沿”;
[0046]若后沿脉冲数量为0，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“无后沿”;若后沿脉冲数量大于O小于等于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“有后沿”;若后沿脉冲数量大于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“多后沿”;
[0047]若前沿脉冲数大于I且后沿脉冲数等于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“见月亮”;若前沿脉冲数和后沿脉冲数均大于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“杂光干扰”。
[0048]在步骤(9)中，数据有效信号的下降沿时刻，将数据状态位输出。
[0049]本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种微型圆锥扫描红外地球敏感器测量信息处理方法，其特征在于步骤如下: (1)定义红外地球敏感器从宇宙冷空间扫过地球边界时产生前沿脉冲，从地球扫出至冷空间的边界时产生后沿脉冲，红外地球敏感器的视线扫过敏感器自身基准点时产生基准脉冲，红外地球敏感器的扫描装置包括角度传感器，当红外地球敏感器旋转一圈时产生与角度传感器分辨率相关的时钟信号； (2)首先对步骤(I)的前沿脉冲、后沿脉冲和基准脉冲进行脉宽滤波，滤掉脉冲宽度小于2ms的信号，形成脉宽滤波后的前沿脉冲、脉宽滤波后的后沿脉冲和脉宽滤波后的基准脉冲，抑制外界产生的高频干扰； (3)步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲和脉宽滤波后的后沿脉冲产生一个计数门控信号，即弦宽信号，步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻，该弦宽信号为高，步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，该弦宽信号为低；步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻开始对弦宽信号中的时钟信号进行计数，直至步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻结束计数，产生弦宽数据，在结束计数时判断该弦宽数据的角度若小于8.5°，则从弦宽数据中去掉该角度，得到去除了太阳干扰的弦宽数据； (4)步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲和脉宽滤波后的基准脉冲产生另一个计数门控信号，即地入角信号，步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻，该地入角信号为高，步骤(2)的脉宽滤波后的基准脉冲的上升沿时刻，该地入角信号为低；从步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻开始对地入角信号中的时钟信号进行计数，直至步骤(2)的脉宽滤波后的基准脉冲的上升沿时刻结束计数，产生地入角数据；当步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，计数门控信号为高，则从步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻起，禁止步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲的上升沿时刻重新开始对地入角信号中的时钟信号进行计数，直至计数门控信号为低； (5)对步骤(2)的脉宽滤波后的前沿脉冲和后沿脉冲的脉冲个数分别计数，得到脉宽滤波后的前沿脉冲数量和后沿脉冲的脉冲数量； (6)从弦宽信号和地入角信号中选择出宽度最长的信号作为数据有效信号，但当步骤(4)的地入角数据的角度值大于等于1800°，步骤(3)的弦宽信号作为数据有效信号；当步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻，判断步骤(4)的地入角信号，若该地入角信号为高电平，则在步骤(2)的脉宽滤波后的后沿脉冲的上升沿时刻至步骤(2)的脉宽滤波后的基准脉冲上升沿时刻期间，步骤(4)的地入角信号为数据有效信号； (7)步骤(6)的数据有效信号为高电平时，步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据有效，即有效弦宽数据；步骤(4)的地入角数据有效，即有效地入角数据； (8)在步骤￠)的数据有效信号的下降沿时刻进行判断，若步骤(5)前沿脉冲数量为.0，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“无前沿”，若步骤(5)前沿脉冲数量大于O小于等于1，则设置去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“有前沿”，若步骤(5)前沿脉冲数量大于1，则设置去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“多前沿”; 若后沿脉冲数量为0，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“无后沿”;若后沿脉冲数量大于O小于等于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“有后沿”;若后沿脉冲数量大于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“多后沿”; 若前沿脉冲数大于I且后沿脉冲数等于I，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“见月亮”;若前沿脉冲数和后沿脉冲数均大于1，则设置步骤(3)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位为“杂光干扰”； (9)在步骤(6)的数据有效信号的下降沿时刻，将步骤(7)有效弦宽数据和有效地入角数据以及步骤(8)的去除了太阳干扰的弦宽数据的相应状态位输出。
【文档编号】G01C21/00GK104482932SQ201410678051
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】刘科, 张燚, 吕政欣, 涂智军, 邓楼楼, 杨颖
申请人:北京控制工程研究所