[发明专利]星敏感器快速波门图像处理系统及方法

说明书

本发明提供了一种星敏感器快速波门图像处理系统，包括CPU和FPGA；所述FPGA包括波门控制存储器、波门采集模块、波门数据存储器、像素簇首像素地址存储器以及像素簇处理模块。本发明首次在国内星敏感器领域提出以导航星为质心提取的像素簇中心的波门图像处理方法，能够CPU协助处理下，仅由FPGA完成波门数据采集、像素簇的背景估计以及星点特征量的计算；本发明中采用像素簇中所有像素的灰度值评估像素簇内的背景，即计算像素簇内所有像素的灰度均值，能够显著提高星敏感器测量精度；本发明充分发挥FPGA并行处理优势，能够同步处理若干像素簇，同时提取所有像素簇的星点质心。

技术领域

本发明涉及星敏感器，具体地，涉及一种星敏感器快速波门图像处理系统及方法。

背景技术

星敏感器是一种高精度的航天器姿态测量仪器，主要用于空间飞行器三轴姿态测量和空间飞行器导航，其精度对航天器的姿态测量、控制和可靠性起着重要作用。

星敏感器精度与用于确定姿态的星点数量和质量密切相关，数量指有效的定姿星数，质量指单星定位精度。定姿星数的增加有利于降低噪声等效角(Noise EquivalentAngular,NEA)，NEA反映星敏感器由一定光信号激励再生出相应姿态的能力。实际星空中暗弱星点占据大多数，增加星敏感器定姿星数需从提取弱星着手。另外，星敏感器在轨还会遇到杂光干扰、机动模糊、辐射噪声等复杂问题。这些问题严重时将造成星敏感器姿态数据无效，与弱星问题共同构成了星图处理的前沿难题。

德国Jena-Optronik星敏感器ASTRO10在星跟踪模式下采用以波门外沿像素均值评估波门内背景，减去背景获得残差图像，设置固定阈值偏移量分割残差图像得到目标。

毛晓楠等在《宇航学报》(2011，32<3>：613-619)上发表论文《基于并行运算体系结构的星敏感器图像处理算法》，采用FPGA并行提取星敏感器星点质心的一种算法，该算法以16×16像素为子区域，将探测器像面按顺序划分为若干个同等大小子区域，以每个子区域的灰度均值作为该子区域的背景值，以背景值加上固定的阈值偏移量作为阈值，提取星点质心。但该方法无论星点位置如何，子区域位置总是按照预先划分的固定，缺少灵活性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星敏感器快速波门图像处理系统及方法。

根据本发明提供的星敏感器快速波门图像处理系统，包括CPU和FPGA；所述FPGA包括波门控制存储器、波门采集模块、波门数据存储器、像素簇首像素地址存储器以及像素簇处理模块；

所述CPU，用于根据星敏感器星库中的导航星坐标，生成波门控制数据，并写入到波门控制存储器中，用于将采集到的波门的像素簇中像素簇首像素地址写入像素簇首像素地址存储器中；

所述波门采集模块，用于读取波门控制存储器中的波门控制数据，并根据波门控制数据采集对应波门的像素簇，进而将所述像素簇中所有像素灰度值存储至波门数据存储器中；

所述像素簇处理模块，用于读取像素簇首像素地址存储器中的像素簇首像素地址并根据所述像素簇首像素地址提取以导航星坐标为中心的像素簇，遍历以导航星坐标为中心的像素簇的所有像素，求取所有像素的灰度均值作为估计背景，进而基于估计背景遍历导航星坐标为中心的像素簇的所有像素，提取星点特征量，进而由CPU读取星点特征量，并计算出星点质心坐标。

优选地，所述FPGA还包括星点特征量存储器；

所述星点特征量存储器，用于存储星点特征量。

优选地，所述波门为将星敏感器中探测器像面按照Z×Z像素划分成的若干波门，Z为正整数；

所述波门控制数据为波门的控制信息；所述Z×Z像素形成波门的像素簇。

优选地，每个导航星最少对应的采集波门数为1，最多对应的采集波门数为4。