一種提高星敏感器數(shù)據(jù)更新率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利屬于空間飛行器用恒星敏感器領(lǐng)域，涉及一種星敏感器高數(shù)據(jù)更新率實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]星敏感器是一種成像式空間姿態(tài)測(cè)量敏感器，通過對(duì)所拍星圖的星點(diǎn)提取、識(shí)別和計(jì)算，輸出星敏感器的三軸姿態(tài)信息，由于其具有高精度、高可靠性等特點(diǎn)，被廣泛用于衛(wèi)星、飛船等各類航天器中。數(shù)據(jù)更新率是星敏感器一項(xiàng)重要指標(biāo)，特指星敏感器正常工作時(shí)(恒星跟蹤模式)的星圖采樣和姿態(tài)輸出頻率。
[0003]現(xiàn)有的采用卷簾式快門敏感芯片的星敏感器，如德國Jena公司的AstroAPS等，數(shù)據(jù)更新率一般為1Hz左右。在這些星敏感器的恒星跟蹤模式中，雖然只對(duì)跟蹤窗口內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，但由于敏感芯片需要曝光和讀取全部的圖像數(shù)據(jù)，消耗時(shí)間長，不利于星敏感器高數(shù)據(jù)更新率的實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種星敏感器高數(shù)據(jù)更新率實(shí)現(xiàn)方法，在保證恒星跟蹤模式下有正常姿態(tài)數(shù)據(jù)輸出的前提下，顯著減少從敏感芯片中讀取的數(shù)據(jù)量，從而實(shí)現(xiàn)卷簾式快門星敏感器高數(shù)據(jù)更新率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種提高星敏感器數(shù)據(jù)更新率的方法，步驟如下:
[0006]I)星敏感器得到新的一幀跟蹤模式星圖數(shù)據(jù)后，用新的一幀跟蹤模式星圖數(shù)據(jù)中的索引號(hào)ID在歷史窗口信息庫中查找；用與新的一幀跟蹤模式星圖數(shù)據(jù)ID相匹配的窗口信息，完成星點(diǎn)提取、匹配識(shí)別和姿態(tài)解算后，得到當(dāng)前幀的姿態(tài)數(shù)據(jù)，使用當(dāng)前幀和上一幀的姿態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻星敏感器粗姿態(tài)；所述的窗口信息包括窗口坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星號(hào);
[0007]2)根據(jù)步驟I)預(yù)測(cè)出的粗姿態(tài)和星敏感器視場(chǎng)大小，從導(dǎo)航星表中提取視場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)航星并按儀器星等從小到大排序，取前N顆導(dǎo)航星作為導(dǎo)航星隊(duì)列1，其中N為大于等于3的正整數(shù)；
[0008]3)設(shè)跟蹤窗口大小為2LX2L，將導(dǎo)航星隊(duì)列I的N顆導(dǎo)航星反投影到星敏感器幾何像面，剔除距離像面邊緣為L區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航星，按導(dǎo)航星點(diǎn)行坐標(biāo)從小到大的順序?qū)⑻蕹笫Ｓ嗟膶?dǎo)航星排序，得到導(dǎo)航星隊(duì)列2 ;按導(dǎo)航星隊(duì)列2中星點(diǎn)坐標(biāo)位置和跟蹤窗口大小得到窗口隊(duì)列1，其中窗口起始行列坐標(biāo)等于導(dǎo)航星行列坐標(biāo)減去L ;若窗口隊(duì)列I的窗口數(shù)大于等于3，則執(zhí)行步驟4)，否則執(zhí)行步驟I)獲取下一幀星圖數(shù)據(jù)；所述的L為正整數(shù)；
[0009]4)建立第一個(gè)行段，提取窗口隊(duì)列I中第一個(gè)窗口 Wl，將其起始行坐標(biāo)作為第一個(gè)行段RQl的首行坐標(biāo)RQl.sr，第一個(gè)行段RQl的行數(shù)RQl.rn為2L ;
[0010]5)提取窗口隊(duì)列I中下一個(gè)窗口 fc，判斷fc與最新建立的行段RQx的關(guān)系；若Wn的起始行坐標(biāo)Wn.sr不大于(RQx.sr+RQx.rn_l)，執(zhí)行步驟6);否則，執(zhí)行步驟7);其中RQx.sr為新建行段RQx的首行坐標(biāo)，RQx.rn為新建行段RQx的行數(shù)；
[0011]6)判斷已建立行段的總行數(shù)RSum加上(Wn.sr-RQx.sr)是否大于總行數(shù)限制值Max = Ι/ur/rt ;若是，則執(zhí)行步驟8);否則RQx首行坐標(biāo)不變，行數(shù)增加(Wn.sr-RQx.sr)，判斷窗口隊(duì)列I中窗口是否提取結(jié)束，若是，執(zhí)行步驟8)，否則執(zhí)行步驟5);其中ur表示數(shù)據(jù)更新率，rt表示行讀取間隔時(shí)間；
[0012]7)判斷已建立行段的總行數(shù)RSum加上2L是否大于總行數(shù)限制值Max = 1/ur/rt ;若是，則執(zhí)行步驟8);否則新建行段RQx，將Wn的起始行坐標(biāo)作為新建行段RQx的首行坐標(biāo)，新建行段RQx行數(shù)為2L ;判斷窗口隊(duì)列I是否提取結(jié)束，若是，則執(zhí)行步驟8)，否則執(zhí)行步驟5)；
[0013]8)判斷已建立行段的總行數(shù)RSum是否等于Max ;若不是，最近一次新建行段RQx的行數(shù)增加(Max-RSum)；
[0014]9)建立窗口隊(duì)列2，將生成行段過程中提取過的窗口隊(duì)列I中的窗口依次轉(zhuǎn)存入窗口隊(duì)列2 ;建立行段隊(duì)列1，將步驟4)-步驟8)生成的所有行段信息存入行段隊(duì)列1，并為行段隊(duì)列I分配索引號(hào)；將窗口隊(duì)列2、行段隊(duì)列1、索引號(hào)寫入硬件邏輯，硬件邏輯控制敏感芯片曝光和星圖讀出存儲(chǔ)。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的積極效果:
[0016]I)減少星敏感器敏感芯片曝光和讀出的數(shù)據(jù)量，進(jìn)而提高星敏感器更新率?，F(xiàn)有技術(shù)多需曝光和讀取全部的圖像數(shù)據(jù)，按敏感芯片的面陣為1024X1024像元、像元時(shí)鐘12.5MHz核算，讀取一幅全星圖需要超過84ms的時(shí)間(除行間等待時(shí)間外)，則星敏感器更新最大不超過IlHz ;若采用本發(fā)明提出的方法，針對(duì)大于10個(gè)20X20像元的跟蹤窗口進(jìn)行最優(yōu)行信息分配，可將需讀取的像元數(shù)限制在400 X 1024內(nèi)，像元讀取時(shí)間不到33ms，則星敏感器更新率可提高到30Hz以上。
[0017]2)保證星敏感器軟硬件數(shù)據(jù)交互時(shí)的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。現(xiàn)有技術(shù)多采用乒乓方式實(shí)現(xiàn)軟硬件數(shù)據(jù)交互時(shí)的對(duì)應(yīng)，只能保證圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和軟件計(jì)算兩級(jí)流水線的數(shù)據(jù)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。本發(fā)明采用循環(huán)索引的方式，保證了在圖像曝光、圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和軟件計(jì)算三級(jí)流水線上數(shù)據(jù)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施過程流程圖；
[0019]圖2為行段計(jì)算過程中擴(kuò)充行段前示意圖；
[0020]圖3為行段計(jì)算過程中擴(kuò)充行段后示意圖；
[0021]圖4為行段計(jì)算過程中新建行段示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明已應(yīng)用于國產(chǎn)某小型星敏感器，如圖1所示，具體實(shí)施步驟如下:
[0023]I)星敏感器得到新的一幀跟蹤模式星圖數(shù)據(jù)后，用新的一幀跟蹤模式星圖數(shù)據(jù)中的索引號(hào)ID在歷史窗口信息庫中查找；用與新的一幀跟蹤模式星圖數(shù)據(jù)ID相匹配的窗口信息，完成星點(diǎn)提取、匹配識(shí)別和姿態(tài)解算后，得到當(dāng)前幀的姿態(tài)數(shù)據(jù)，使用當(dāng)前幀和上一幀的姿態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻星敏感器粗姿態(tài)；所述的窗口信息包括窗口坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星號(hào);
[0024]2)根據(jù)步驟I)預(yù)測(cè)出的粗姿態(tài)和星敏感器視場(chǎng)大小，從導(dǎo)航星表中提取視場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)航星并按儀器星等從小到大排序，取前N顆導(dǎo)航星作為導(dǎo)航星隊(duì)列1，其中N為大于等于3的正整數(shù)；
[0025]3)設(shè)跟蹤窗口大小為2LX2L，將導(dǎo)航星隊(duì)列I的N顆導(dǎo)航星反投影到星敏感器幾何像面，剔除距離像面邊緣為L區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航星，按導(dǎo)航星點(diǎn)行坐標(biāo)從小到大的順序?qū)⑻蕹笫Ｓ嗟膶?dǎo)航星排序，得到導(dǎo)航星隊(duì)列2 ;按導(dǎo)航星隊(duì)列2中星點(diǎn)坐標(biāo)位置和跟蹤窗口大小得到窗口隊(duì)列1，其中窗口起始行列坐標(biāo)等于導(dǎo)航星行列坐標(biāo)減去L ;若窗口隊(duì)列I的窗口數(shù)大于等于3，則執(zhí)行步驟4)，否則執(zhí)行步驟I)獲取下一幀星圖數(shù)據(jù)；所述的L為正整數(shù)；
[0026]4)建立第一個(gè)行段，提取窗口隊(duì)列I中第一個(gè)窗口 Wl，