一种用于微小型星敏感器的电子学系统及其实现方法技术方案

技术编号:13448542 阅读:57 留言:0更新日期:2016-08-01 17:12
本发明专利技术提供一种用于微小型星敏感器的电子学系统及其实现方法,本发明专利技术所提供的用于微小型星敏感器的电子学系统包括:成像单元、协议解析单元、数据处理单元与供电单元;所述协议解析单元通过Cameralink接口和RS422接口与成像单元相连,通过HPI和EMIF接口与数据处理单元相连,同时通过RS422接口与外部GNC计算机相连,通过RS422接口与外部电星模计算机相连;所述供电单元为成像单元、协议解析单元、数据处理单元供电;有效利用了空间结构,各模块物理独立,方便调试,同时各独立模块采用通用接口与协议可单独工作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微小型星敏感器的电子学系统及其实现方法
本专利技术涉及卫星姿态测量技术,具体涉及一种用于微小型星敏感器的电子学系统。
技术介绍
在航天器在轨运行中,需要对航天器姿态进行控制与测量。姿态测量机构主要有太阳敏感器,地磁敏感器,星敏感器三种。其中星敏感器相对于其他两种具有精度高,能确定三轴姿态等优势。但传统星敏感器体积、重量、功耗大,不能适合微小型卫星平台。为满足微小型卫星平台需求,需要设计微小型星敏感器,及用于微小型星敏感器的电子学系统。本专利技术中,微小型卫星指的是总质量小于50公斤的卫星。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有星敏感器体积大,功耗高,不适应于微小型卫星;为解决所述问题,本专利技术提供一种用于微小型星敏感器的电子学系统及其实现方法。本专利技术提供的用于微小型星敏感器的电子学系统包括:成像单元、协议解析单元、数据处理单元与供电单元;所述协议解析单元通过Cameralink接口和RS422接口与成像单元相连,通过HPI和EMIF接口与数据处理单元相连,同时通过RS422接口与外部GNC计算机相连,通过RS422接口与外部电星模计算机相连;所述供电单元为成像单元、协议解析单元、数据处理单元供电。进一步,所述成像单元包括成像探测器和驱动控制FPGA,成像探测器将光学系统收集到的光学信息进行光电转换,生成数字图像;驱动控制FPGA驱动成像探测器采集图像、提取并预处理星点坐标,最后通过Cameralink接口将星点坐标发送到协议解析单元;同时通过RS422接口与协议解析单元交互控制指令和状态数据。进一步,所述成像单元中驱动控制FPGA外部扩展了两片SRAM存储芯片,形成“乒乓结构”;所述两片SRAM存储芯片一片存储正在采集的图像信息,另一片存储正在处理的图像信息。进一步,所述驱动控制FPGA包括:驱动成像探测器的成像探测器驱动模块;向SRAM存储芯片存储信息,并从SRAM存储芯片读取所存储信息的SRAM接口模块;处理存储的信息的星点坐标提取模块,所述星点坐标提取模块从存储的星点坐标提取恒星,并计算相应恒星质心,同时根据图像信息通知综合控制模块更改曝光时间,图像处理阈值;将星点坐标提取模块计算得到的恒星质心信息发送到协议解析单元的Cameralink接口模块;与协议解析单元交互控制指令与状态数据的RS422接口模块;对RS422接口模块传输的数据进行解析,更改相应设置参数的综合控制模块,综合控制模块将成像单元工作状态通过RS422反馈给协议解析单元,同时综合控制其它模块。进一步,协议解析单元包括解析FPGA,所述解析FPGA包括:解析包含恒星质心信息数据包的Cameralink接口模块;负责协议解析单元与成像单元交互控制指令和状态数据的第一RS422接口模块;负责协议解析单元与电星模计算机交互控制指令、姿态信息和状态信息的第二RS422接口模块;负责协议解析单元与GNC计算机交互控制指令、姿态信息和状态信息的第三RS422接口模块;将解析出的恒星信息及质心信息数据发送给数据处理单元的HPI接口和EMIF接口模块,所述HPI接口和EMIF接口模块接收由数据处理单元发送给头部的控制指令及发送给GNC计算机的姿态数据与状态数据;计时控制模块,负责对曝光时间、GNC计算机请求时间及数据单元处理时间进行计时并生成相应的时间信息附加于相应数据包中;综合控制模块,负责对成像单元或电星模计算机发出的数据进行判读,表决何种数据应传送给数据处理单元,同时负责其他模块的综合控制。进一步,所述数据处理单元包括DSP、DDR型SDRAM、FLASH;DSP实现系统控制与算法;FLASH存储星表信息与算法程序;DDR型SDRAM加载所需执行的程序,并存储相应算法生成的数据。本专利技术还提供所提供的用于微小型星敏感器的电子学系统的实现方法,包括:步骤一、成像单元对星体进行拍摄,提取星点坐标信息,并将所述星点坐标信息发送给协议解析单元;步骤二、协议解析单元接收成像单元发送的星点坐标信息,并将所述星点坐标信息发送到数据处理单元,并对成像单元进行配置;步骤三、所述数据处理单元接收星点坐标信息,依据星图匹配算法对星点坐标进行星图识别,在星图识别后通过姿态解算算法解算出姿态信息,并发送给协议解析单元。进一步,所述步骤一包括:上电后成像单元中驱动控制FPGA负责对成像探测器进行初始化操作,随后对成像探测器发出曝光请求,接收成像探测器发出的图像信息,将其存储在SRAM_A中;曝光请求信号为固定时间间隔,当对成像探测器第二次发出曝光请求后,将接收到的图像信息存储到SRAM_B中,同时将SRAM_A中的数据发送到星点坐标提取模块,进行星点坐标提取;当对成像探测器第三次发出曝光请求前,SRAM_A中数据已经处理完毕,将曝光请求后返回的数据存储到SRAM_A中,将原数据覆盖,同时将SRAM_B中数据发送到星点坐标提取模块,进行星点坐标提取;上电后,FPGA同时接收通过RS422模块接收由协议解析单元传输的控制指令,对指令进行解析,进行成像探测器相应寄存器的配置,曝光时间的更改,并返回相应成像单元状态;当计算完一幅图像的星点坐标信息后,根据主频对曝光时间与计算完成时间计数,并将计数值作为曝光时刻与计算完成时刻的时间间隔附在星点坐标信息后,同时通过Cameralink接口将星点坐标信息与时间间隔信息发送给协议解析单元。进一步,所述步骤二包括:上电后,同时等待和成像单元相连的Cameralink接口与和电星模计算机接口相连的RS422接口发送的星点坐标信息,若和电星模计算机接口相连的RS422接口接收到相应信息后则判定系统与电星模计算机相连,忽略和成像单元相连的Cameralink接口传输入的星点坐标数据,否则认为和成像单元相连的Cameralink接口传输入的星点坐标数据为有效星点坐标数据;在获取完一帧星点坐标数据后,通过与数据处理模块相连的相应管脚判断数据处理模块是否正在利用上一帧星点坐标数据进行相应操作,若正在进行操作处理则等待,并允许下一帧星点坐标数据将其覆盖;若空闲则通过HPI接口和EMIF接口将星点坐标数据发送到数据处理单元;同时协议解析单元通过与数据处理模块相连的相应管脚告知数据处理单元其是否正在接收并更新星点坐标数据;同时通过HPI接口和EMIF接口发送的解算完的姿态四元素信息与成像控制的配置参数;若判断需要对成像单元进行配置,则通过RS422接口将配置信息发送给成像单元;协议解析单元分别依据主频对接收到成像单元或电星模计算机传输的星点坐标完成时刻与接收到相应数据处理单元对该帧数据解算完毕后的通过HPI接口和EMIF接口发送完成时刻,以及GNC计算机发起姿态信息请求时刻进行计数,并配合之前输入的曝光时刻与星点坐标计算完毕时刻之间的时间间隔,来计算出GNC计算机发起姿态请求时刻与相应曝光时刻的时间间隔,附加到姿态信息中,通过RS422接口一起发送给GNC计算机。进一步,所述步骤三包括:上电后DSP进行初始化操作,并将星表信息及算法程序从FLASH中加载入DDR型SDRAM中;通过与协议解析单元相连管脚判断协议解析单元是否正在更新星点坐标数据,若正在更新则等待;若更新完毕,通过HPI接口和EMIF接口接收相应星点坐标数据;在读取协议解析单元数据同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微小型星敏感器的电子学系统,其特征在于,包括:成像单元、协议解析单元、数据处理单元与供电单元;所述协议解析单元通过Cameralink接口和RS422接口与成像单元相连,通过HPI和EMIF接口与数据处理单元相连,同时通过RS422接口与外部GNC计算机相连,通过RS422接口与外部电星模计算机相连;所述供电单元为成像单元、协议解析单元、数据处理单元供电。

【技术特征摘要】
1.一种用于微小型星敏感器的电子学系统,其特征在于,包括:成像单元、协议解析单元、数据处理单元与供电单元;所述协议解析单元通过Cameralink接口和RS422接口与成像单元相连,通过HPI和EMIF接口与数据处理单元相连,同时通过RS422接口与外部GNC计算机相连,通过RS422接口与外部电星模计算机相连;所述供电单元为成像单元、协议解析单元、数据处理单元供电;所述成像单元包括成像探测器和驱动控制FPGA,成像探测器将光学系统收集到的光学信息进行光电转换,生成数字图像;驱动控制FPGA驱动成像探测器采集图像、提取并预处理星点坐标,最后通过Cameralink接口将星点坐标发送到协议解析单元;同时通过RS422接口与协议解析单元交互控制指令和状态数据;所述成像单元中驱动控制FPGA外部扩展了两片SRAM存储芯片,形成“乒乓结构”;所述两片SRAM存储芯片一片存储正在采集的图像信息,另一片存储正在处理的图像信息;所述驱动控制FPGA包括:驱动成像探测器的成像探测器驱动模块;向SRAM存储芯片存储信息,并从SRAM存储芯片读取所存储信息的SRAM接口模块;处理存储的信息的星点坐标提取模块,所述星点坐标提取模块从存储的星点坐标提取恒星,并计算相应恒星质心,同时根据图像信息通知综合控制模块更改曝光时间,图像处理阈值;将星点坐标提取模块计算得到的恒星质心信息发送到协议解析单元的Cameralink接口模块;与协议解析单元交互控制指令与状态数据的RS422接口模块;对RS422接口模块传输的数据进行解析,更改相应设置参数的综合控制模块,综合控制模块将成像单元工作状态通过RS422反馈给协议解析单元,同时综合控制其它模块。2.如权利要求1所述的用于微小型星敏感器的电子学系统,其特征在于,协议解析单元包括解析FPGA,所述解析FPGA包括:解析包含恒星质心信息数据包的Cameralink接口模块;负责协议解析单元与成像单元交互控制指令和状态数据的第一RS422接口模块;负责协议解析单元与电星模计算机交互控制指令、姿态信息和状态信息的第二RS422接口模块;负责协议解析单元与GNC计算机交互控制指令、姿态信息和状态信息的第三RS422接口模块;将解析出的恒星信息及质心信息数据发送给数据处理单元的HPI接口和EMIF接口模块,所述HPI接口和EMIF接口模块接收由数据处理单元发送给头部的控制指令及发送给GNC计算机的姿态数据与状态数据;计时控制模块,负责对曝光时间、GNC计算机请求时间及数据单元处理时间进行计时并生成相应的时间信息附加于相应数据包中;综合控制模块,负责对成像单元或电星模计算机发出的数据进行判读,表决何种数据应传送给数据处理单元,同时负责其他模块的综合控制。3.如权利要求1所述的用于微小型星敏感器的电子学系统,其特征在于,所述数据处理单元包括DSP、DDR型SDRAM、FLASH;DSP实现系统控制与算法;FLASH存储星表信息与算法程序;DDR型SDRAM加载所需执行的程序,并存储相应算法生成的数据。4.权利要求1至3中任意一项所提供的用于微小型星敏感器的电子学系统的实现方法,其特征在于,包括:步骤一、成像单元对星体进行拍摄,提取星点坐标信息,并将所述星点坐标信息发送给协议解析单元;步骤二、协议解析单元接收成像单元发送的星点坐标信息,并将所述星点坐标信息发送到数据处理单元,并对成像单元进行配置;步骤三、所述数据处理单元接收星点坐标信息,依据星图匹配算法对星点坐标进行星图识别,在星图识别后通过姿态解算算...

【专利技术属性】
技术研发人员:侯建文袁驰刘宗明张宇贺亮孙俊陈赟倪涛
申请(专利权)人:上海新跃仪表厂
类型:发明
国别省市:上海;31

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