[发明专利]一种超高精度的星敏感器

说明书

技术领域

本发明涉及星敏感器技术，特别涉及一种小型超高精度、高数据更新率的星敏感器。

背景技术

星敏感器(Star Sensor)是当今航天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，星敏感器工作于实时动态测量模式，目前其成像器件均采用面阵的图像传感器，广泛应用的是1024×1024像元。

随着像元的增加，如采用2048×2048像元的大面阵图像传感器将会使姿态精度非线性的提高，但同时数据量也会随之线性增加，这对于目前采用帧成像体制和窗口跟踪工作模式的星敏感器来说，受到这种成像体制和工作模式的限制，星敏感器的数据更新率呈线性下降，严重影响了星敏感器的实时动态测试性能，成为星敏感器实时提供姿态信息的瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种超高精度的星敏感器，使其具有更高的精度和高数据更新率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种超高精度的星敏感器，包括光学成像系统、图像传感器、图像传感器驱动单元、双路质心成像单元、星跟踪单元、星图识别单元、姿态计算单元以及导航星库；其中，

光学成像系统，用于将星空图像成像在图像传感器上；

图像传感器，用于在图像传感器驱动单元的驱动下将光信号转换为电信号，并传递给双路质心成像单元；

图像传感器驱动单元，用于驱动图像传感器；

双路质心成像单元，用于对同时读入的两路像素进行双路像素数据处理，在处理完整幅图像后，输出光斑图像的质心坐标给星跟踪单元和星图识别单元；

星跟踪单元，用于根据前一时刻已经识别到的星体信息跟踪当前视场中的星体，获取星体信息；

星图识别单元，用于从全天球中识别星图；

姿态计算单元，用于根据全天球识别到的星体信息或跟踪到的所有星体的信息解算出星敏感器精确的姿态，并将计算出的星敏感器姿态输出；

导航星库，用于存储导航星表。

上述方案中，所述图像传感器为2048×2048像元的大面阵图像传感器。

上述方案中，所述图像传感器驱动单元和双路质心成像单元集成在一个FPGA上；所述星跟踪单元、星图识别单元和姿态计算单元集成在一个RISC上。

上述方案中，所述双路质心成像单元进一步包括：灰度值读取模块、灰度值比较模块、双路像素数据处理模块、背景像素处理模块、第一判断模块、存储模块、第二判断模块以及光斑图像质心计算模块；其中，

灰度值读取模块，用于同时读入两路像素的灰度值，并将读入的灰度值送入灰度值比较模块；

灰度值比较模块，用于将灰度值读取模块发来的两路像素的灰度值，分别与预设阈值进行比较，并根据比较结果完成对两路像素的处理；

双路像素数据处理模块，用于完成双路像素标记、双路数据等价合并和双路数据累加，之后，对两路像素的灰度值均大于预设阈值的，进入第二判断模块，两路像素中左像素的灰度值大于预设阈值的，将处理后数据发送到存储模块，两路像素中右像素的灰度值大于预设阈值的，将处理后数据发送到第一判断模块；

背景像素处理模块，用于在左右像素灰度值均小于预设阈值时，标记当前两路像素为背景像素，并将标记值赋给相应参数；

第一判断模块，用于判断两路像素中左像素的左边像素是否有标记值；

存储模块，用于将累加器的值累加到等价标记值对应的数据存储器中，并将累加器清零；

第二判断模块，用于判断整幅图像是否处理完；

光斑图像质心计算模块，用于在处理完整幅图像后，计算并输出光斑图像质心的坐标值。

其中，所述双路像素数据处理模块进一步包括：标记单元、合并单元和累加单元；其中，

标记单元，用于根据左右像素灰度值与预设阈值的比较结果，为左像素和右像素进行标记；

合并单元，用于根据左右像素灰度值与预设阈值的比较结果，完成等价数据的合并；

累加单元，用于根据左右像素灰度值与预设阈值的比较结果，完成对左像素和/或右像素灰度值的累加、以及灰度值和坐标值乘积的累加。

其中，所述累加器包括用于对左右像素灰度值和坐标值的乘积进行累加的第一累加器，以及用于对左右像素的灰度值进行累加的第二累加器。

上述方案中，所述星跟踪单元基于位置信息实现无反馈、非窗口匹配跟踪。

本发明提供的超高精度星敏感器，采用大面阵如2048×2048像元的图像传感器，能提高角分辨率，进而使星敏感器具有更高精度。