[发明专利]一种星敏感器小窗口访问的图像处理系统及其方法

说明书

本发明公开了一种星敏感器小窗口访问的图像处理系统及其方法，CPU提供需要采集的小窗口坐标，FPGA根据坐标采集小窗口内像素的灰度数据。本发明由CPU协助FPGA处理，CPU提供需采集的小窗口行块号和列块号，FPGA根据CPU提供的行、列块号，采集对应的小窗口内像素的灰度数据，再将采集的数据提供给CPU作图像处理。本发明采用的通过行块号和列块号的波门采集策略可以在不显著提高数据量的基础上，设定一个较小的采集窗口；本发明可提高星敏感器的弱星提取能力及星点利用率，显著提高星敏感器测量精度，并进一步提升星敏感器抗杂光能力。

技术领域

本发明涉及星敏感器探测领域，特别涉及一种星敏感器小窗口访问的图像处理系统及其方法。

背景技术

星敏感器是一种高精度的航天器姿态测量仪器，是卫星平台姿轨控系统的核心测量部件，其精度、抗杂散光能力等对航天器的姿态测量、控制精度和可靠性起着重要作用。

星敏感器测量精度与用于姿态确定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、机动模糊等问题。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。

余路伟等在《上海航天》(2016，334：26-31)上发表论文《星敏感器抗杂光背景滤波图像处理方法研究》，采用边缘估计中心点背景，并将目标点本身引入背景估计。但该方法设计复杂，不利于软件设计，且通用性较差，不同工况下，较多参数需要调整。

毛晓楠等在《宇航学报》(2011，323：613-619)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，且16×16像素的子区域偏大，缺少灵活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种星敏感器小窗口访问的图像处理系统及其方法，采用CPU和FPGA协同工作，CPU给出小窗口访问控制数据，FPGA采集小窗口访问数据，可提高星敏感器的弱星提取能力及星点利用率，以提高星敏感器测量精度，并进一步提升星敏感器抗杂光能力。

为了达到上述目的，本发明提供了一种星敏感器小窗口访问的图像处理系统，包含：

FPGA模块，其内部设置有CPU接口模块、小窗口访问控制存储器和小窗口访问数据采集模块；所述小窗口访问控制存储器分别与所述CPU接口模块和所述小窗口访问数据采集模块连接；

CPU，其与所述CPU接口模块连接，将小窗口访问控制数据写入至所述小窗口访问控制存储器；

外部SRAM，其分别与所述CPU接口模块和所述小窗口访问数据采集模块连接；所述小窗口访问数据采集模块根据小窗口访问控制存储器的数据，采集相应的小窗口图像数据，并按顺序写入至所述外部SRAM中；所述CPU以导航星坐标为中心，从所述外部SRAM中采集的小窗口访问数据中提取窗口，并通过所述CPU接口模块读取至所述CPU内并进行处理。

优选地，所述星敏感器的探测器面阵按照8×8像素大小划分为若干小窗口。

优选地，所述星敏感器的探测器面阵为1024×1024像素，所述探测器面阵被划分为16384个小窗口。

优选地，每幅星图最多处理存储32个星点。

优选地，所述小窗口访问控制存储器为所述FPGA模块内的块RAM。