[发明专利]一种高帧频太阳敏感器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及姿态敏感器技术，尤其涉及一种高帧频太阳敏感器及其实现方法。

背景技术

太阳敏感器是姿态敏感器的一种，它通过测量太阳光线与卫星某一体轴之间的夹角，确定太阳在太阳敏感器本体坐标系中的位置。目前，高精度太阳敏感器所用的光敏元件主要有电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器两种。随着卫星微小型化的趋势，太阳敏感器作为卫星的组成部分也需微小型化，基于CCD的太阳敏感器难以满足卫星组成部件微小型化的这一需求，而CMOS图像传感器凭借其低成本、低功耗、小体积、高集成度、控制灵活等优点，得到了越来越广泛的应用。

但是，目前基于CMOS图像传感器的太阳敏感器是通过全帧图像采集的方式来获取太阳光斑图像，并通过对太阳光斑图像进行全帧数据处理确定太阳在太阳敏感器本体坐标系中的位置，而对太阳光斑图像进行全帧数据处理，所需处理的数据量大、处理时间长，使得太阳敏感器的数据更新率较低，最高的也不过10Hz。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高帧频太阳敏感器及其实现方法，可减少获得姿态信息所需处理的数据量，进而提高太阳敏感器的数据更新率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高帧频太阳敏感器，该敏感器包括：

光学系统，用于形成太阳光斑；

图像采集模块，用于通过全帧图像采集得到太阳光斑图像，还用于采集ROI窗口的太阳光斑图像；

计算模块，用于计算所述太阳光斑图像内的各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角；还用于计算所述ROI窗口的太阳光斑图像内各光斑的质心坐标，根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角并输出；

预测模块，用于根据计算模块所得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置；

第一控制模块，用于设置ROI窗口大小，以及根据所预测出的位置和预先设置的感兴趣区域ROI窗口大小对所述图像采集模块进行ROI窗口的配置，还用于发送控制信息，命令图像采集模块执行ROI窗口的太阳光斑图像采集。

进一步地，该敏感器进一步包括：

计数模块，用于对全帧采集的图像内的光斑进行计数，得出全帧采集的图像内的光斑数目并存储，并用于对所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑进行计数，得出所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目；

判断模块，用于判断所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与全帧采集的图像所获得的光斑数目是否相等，并输出判断结果；

第二控制模块，用于根据判断模块输出的结果控制图像采集模块返回执行全帧图像采集或控制计算模块计算ROI窗口内的各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角。

进一步地，所述计算模块包括：

质心计算模块，用于利用流水线结构，计算所述太阳光斑图像内的各光斑的质心坐标；

姿态角计算模块，用于根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角。

进一步地，所述预测模块包括：

位移计算模块，用于计算同一小孔对应的光斑在x轴方向的位移，还用于计算同一小孔对应的光斑在y轴方向的位移；

位置确定模块，用于确定所述小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置。

本发明还提供一种高帧频太阳敏感器实现方法，该方法包括以下步骤：

A、全帧图像采集，获得太阳光斑图像，计算所获得的太阳光斑图像的各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角；

B、重复执行步骤A至少一次后，执行步骤C；

C、根据得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置，并根据所预测出的位置和预设的ROI窗口大小进行ROI窗口的配置；

D、采集ROI窗口的太阳光斑图像，计算所采集到的ROI窗口的太阳光斑图像内各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角，返回步骤C。

进一步地，所述采集ROI窗口的太阳光斑图像后计算质心坐标前，步骤D还包括：

判断所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与全帧采集的图像所获得的光斑数目是否相等，如果相等，计算ROI窗口内各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角；如果不相等，返回步骤A。

进一步地，所述计算太阳光斑图像内的各光斑质心坐标包括：