一种高精度的星敏感器制造技术

一种高精度的星敏感器，包括恒星星像坐标采集单元和恒星星像坐标数据处理单元，恒星星像坐标采集单元包括三个图像传感器、三个A/D转换芯片、第一FPGA驱动单元、第一SRAM存储单元和LVDS芯片，第一FPGA驱动单元并行地完成三个图像传感器的驱动和恒星星像坐标提取，恒星星像坐标数据处理单元包括RS422通信单元、第二FPGA驱动单元、DSP控制单元、FLSAH存储单元和第二SRAM存储单元；每个图像传感器都有独立的镜头，三个镜头的光轴指向两两互相垂直，第一FPGA驱动单元通过LVDS芯片与第二FPGA驱动单元连接，第二FPGA驱动单元与DSP控制单元、FLSAH存储单元、第二SRAM存储单元连接。本发明专利技术弥补了各视场之间的时间存在相位差和滚动轴姿态精度差的缺点；减少了体积和功耗；提高了数据可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高精度的星敏感器。
技术介绍
星敏感器是感受恒星的辐射并测量卫星相对于该恒星方位的一种光学姿态敏感器。由于恒星的张角非常小，且星光在惯性坐标系中的方向是精确已知的，所以星敏感器的测量精度很高，为了减小外界杂散光的影响，常常在星敏感器的镜头前加一个遮光罩，星敏感器根据聚焦几何关系进一步求出星光矢量在星敏感器坐标系中的方向，再由安装矩阵求得星光矢量在载体本体坐标系中的观测矢量。为了进一步提高星敏感器精度，一般采用大面阵的图像传感器(比如采用CMV4000的2048X2048像元大面阵图像传感器)进行设计，如果视场不增加的前提下，增加面阵能提高星敏感器的姿态精度，但是，受到星敏感器受自身结构的限制，其滚动角精度低，一般比偏航角和俯仰角约低一个量级，而且随着星敏感器图像传感器面阵的增加，从图像中提取的恒星星像坐标的时间也随着增加，从而降低了星敏感器的数据更新率，降低了星敏感器的动态性能。有些文献同时读取和处理两路像素数据来从图像中提取恒星星像坐标，该方法从理论上讲提取恒星星像坐标的时间降低了一半，但是如果某些恒星星像分布在两路之间，采用双路质心跟随成像技术提取恒星星像坐标可能不正确，因此，纯粹采用增大图像传感器面阵的方法来提高星敏感器的精度不可取。为了提高星敏感器滚动角的精度，当前把星敏感器设计为多个探头，采用数据融合的方法利用多个探头的数据来提高星敏感器的精度，多探头星敏感器由于视场的有效扩充，带来更丰富的观测信息，可以进一步提高星敏感器的测量精度和工作可靠性，比如法国Sodern公司和丹麦技术大学提出多探头星敏感器的设计概念。多探头星敏感器的探头之间的工作模式可以采用同步模式或者异步模式，同步模式就是多个探头同时曝光同一时刻的星图，所有探头曝光同时结束，在该种模式下，星敏感器数据处理单元可以利用所有探头的数据，采用信息融合的方法来提高星敏感器精度，从而提高星敏感器高精度的导航数据。这种工作模式必须满足探头之间完全同步，但实际上受电路设计、工艺等影响，造成时间延时不一致，因此实际工程上所有探头不可能完全同一时刻采图。异步模式是有探头分别曝光，所有探头异步工作模式下的校时方法，所有探头分别有守时模块，数据处理单元也有守时功能，数据处理单元与探头之间采用时间秒脉冲和数据线之间进行时间同步。并且实时地保存曝光时刻，数据处理单元接收到所有探头的星图数据同时也能接收到所有探头的曝光时刻，这样虽然所有探头分别采用不同的控制器进行控制，不会由于电路设计、工艺等影响，造成时间延时不一致的影响而造成星敏感器精度下降。因此，采用该模式不但具有采用同步模式的高精度姿态信息，而且具有高数据更新率的特点，在该模式下，为了获得高精度的姿态信息，探头之间的时间同步是关键问题。但各探头驱动电路部分的晶振不同，长时间后存在相位差等，所有探头收到数据处理单元的时间同步时间内，探头之间存在时间不同步的缺点，由于时间不同步，利用这些探头计算的三轴姿态不够精确。本专利技术提出一种新的多传感器驱动设计方法，该方法是一种完全的同步模式，而且该方法具有异步模式姿态精度高，避免了传统异步模式下数据处理单元与探头之间采用时间秒脉冲和数据线之间进行时间同步的缺点。
技术实现思路
本专利技术提出一种高精度的星敏感器，该方法是一种完全的同步模式，而且该方法具有异步模式姿态精度高，避免了传统异步模式下数据处理单元与探头之间采用时间秒脉冲和数据线之间进行时间同步的缺点。本专利技术所采用的技术如下:包括恒星星像坐标采集单元和恒星星像坐标数据处理单元，其特征在于:恒星星像坐标采集单元包括三个图像传感器、三个A/D转换芯片、第一FPGA驱动单元、第一 SRAM存储单元和LVDS芯片，恒星星像坐标数据处理单元包括RS422通信单元、第二 FPGA驱动单元、DSP控制单元、FLSAH存储单元和第二 SRAM存储单元；每个图像传感器都有独立的镜头，三个镜头的光轴指向两两互相垂直，每个图像传感器分别通过A/D转换芯片与第一 FPGA驱动单元连接，第一 SRAM存储单元与第一 FPGA驱动单元连接，第一 FPGA驱动单元通过LVDS芯片与第二 FPGA驱动单元连接，第二 FPGA驱动单元分别与DSP控制单元、FLSAH存储单元、第二 SRAM存储单元连接，DSP控制单元与RS422通信单元连接；第一 FPGA驱动单元并行地完成三个图像传感器的驱动时序，并且根据设计的时序，通过第一 FPGA驱动单元的I/O发送给相应的图像传感器，图形传感器接收到相应的时序后，完成光电转换，产生相应的同步信号，第一 FPGA驱动单元同时接收到三个图像传感器的同步信号:包括帧同步信号、行同步信号以及每个像元的同步信号，接收相应的图像传感器图像信号，分别并行地采集三个图像传感器的图像信号，采集到图像信号后，并行地从三个图像传感器的图像数据中提取视场内所有恒星星像坐标，同时并行地把三个图像传感器的图像数据保存到第一 SRAM存储单元，从三个图像传感器的图像中能同时完成恒星星像坐标地提取和图像数据的保存，然后把这三个图像传感器图像的恒星星像坐标进行组帧，组帧后通过LVDS芯片把串行数据转化为差分信号，发送给数据处理单元；数据处理部分LVDS芯片接收到差分信号后，转换为串行数据；第二 FPGA驱动单元接收到串行数据后,转换为并行数据，并发送给DSP控制单元；DSP控制单元接收到三个图像传感器的图像恒星星像坐标数据后，分别对三个图像传感器的图像恒星星像坐标进行识别，并计算各自的姿态；DSP控制单元利用各自的姿态，采用三探头星敏感器姿态确定方法计算当前星敏感器的姿态，然后采用数据处理部分的RS422发送给导航计算机。本专利技术还有如下结束特征:1、所述的FPGA驱动单元采用ALTERA公司的EP2C8Q208I8芯片。2、所述的图像传感器采用(XD48-20芯片。3、所述的第一 SRAM 采用 IS61LV10248。4、所述的DSP器件采用TI公司的TMS320VC33芯片。5、所述的LVDS器件采用DS91D176芯片。6、所述的第二 SRAM 采用 Is611v512616。7、所述的 FLASH 采用 AM29LV800BB-70EI。本专利技术的特点和优点:第一:所有图像传感器驱动共用一个晶振，弥补了多视场星敏感器长时间运行后，各视场之间的时间存在相位差的缺点；第二:弥补了单个成像探头模块星敏感器滚动轴姿态精度差的缺点；第三:由于所有图像传感器驱动共用一个驱动电路部分，因此与多视场星敏感器相比，这样减少了体积和功耗；第四:即使某些图像传 感器失效，在保证姿态精度的基础上，其它图像传感器仍然能输出姿态，提高了数据可靠性。附图说明图1为高精度星敏感器原理框图；图2为驱动电路部分和数据处理部分之间的数据交换格式图；图3为FPGA的内部功能逻辑关系原理图；图4为采用高精度的星敏感器工作流程图；图5为高精度星敏感器数据同步测试结果图；图6为三视场星敏感器姿态测试结果图；图7为三视场星敏感器同步测试结果图；图8为单视场星敏感器精度测试结果图；图9为三视场星敏感器精度测试结果图；图10为高精度星敏感器精度测试结果图；图11为一种高精度星敏感器的实施方式框图。具体实施方式:下面结合附图举例进一步对本专利技术进行解释:实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度的星敏感器，包括恒星星像坐标采集单元和恒星星像坐标数据处理单元，其特征在于：恒星星像坐标采集单元包括三个图像传感器、三个A/D转换芯片、第一FPGA驱动单元、第一SRAM存储单元和LVDS芯片，恒星星像坐标数据处理单元包括RS422通信单元、第二FPGA驱动单元、DSP控制单元、FLSAH存储单元和第二SRAM存储单元；每个图像传感器都有独立的镜头，三个镜头的光轴指向两两互相垂直，每个图像传感器分别通过A/D转换芯片与第一FPGA驱动单元连接，第一SRAM存储单元与第一FPGA驱动单元连接，第一FPGA驱动单元通过LVDS芯片与第二FPGA驱动单元连接，第二FPGA驱动单元分别与DSP控制单元、FLSAH存储单元、第二SRAM存储单元连接，DSP控制单元与RS422通信单元连接；第一FPGA驱动单元并行地完成三个图像传感器的驱动时序，并且根据设计的时序，通过第一FPGA驱动单元的I/O发送给相应的图像传感器，图形传感器接收到相应的时序后，完成光电转换，产生相应的同步信号，第一FPGA驱动单元同时接收到三个图像传感器的同步信号：包括帧同步信号、行同步信号以及每个像元的同步信号，接收相应的图像传感器图像信号，分别并行地采集三个图像传感器的图像信号，采集到图像信号后，并行地从三个图像传感器的图像数据中提取视场内所有恒星星像坐标，同时并行地把三个图像传感器的图像数据保存到第一SRAM存储单元，从三个图像传感器的图像中能同时完成恒星星像坐标地提取和图像数据的保存，然后把这三个图像传感器图像的恒星星像坐标进行组帧，组帧后通过LVDS芯片把串行数据转化为差分信号，发送给数据处理单元；数据处理部分LVDS芯片接收到差分信号后，转换为串行数据；第二FPGA驱动单元接收到串行数据后，转换为并行数据，并发送给DSP控制单元；DSP控制单元接收到三个图像传感器的图像恒星星像坐标数据后，分别对三个图像传感器的图像恒星星像坐标进行识别，并计算各自的姿态；DSP控制单元利用各自的姿态，采用三探头星敏感器姿态确定方法计算当前星敏感器的姿态，然后采用数据处理部分的RS422发送给导航计算机。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度的星敏感器，包括恒星星像坐标采集单元和恒星星像坐标数据处理单元，其特征在于:恒星星像坐标采集单元包括三个图像传感器、三个A/D转换芯片、第一FPGA驱动单元、第一 SRAM存储单元和LVDS芯片，恒星星像坐标数据处理单元包括RS422通信单元、第二 FPGA驱动单元、DSP控制单元、FLSAH存储单元和第二 SRAM存储单元；每个图像传感器都有独立的镜头，三个镜头的光轴指向两两互相垂直，每个图像传感器分别通过A/D转换芯片与第一 FPGA驱动单元连接，第一 SRAM存储单元与第一 FPGA驱动单元连接，第一 FPGA驱动单元通过LVDS芯片与第二 FPGA驱动单元连接，第二 FPGA驱动单元分别与DSP控制单元、FLSAH存储单元、第二 SRAM存储单元连接，DSP控制单元与RS422通信单元连接；第一 FPGA驱动单元并行地完成三个图像传感器的驱动时序，并且根据设计的时序，通过第一 FPGA驱动单元的I/O发送给相应的图像传感器，图形传感器接收到相应的时序后，完成光电转换，产生相应的同步信号，第一 FPGA驱动单元同时接收到三个图像传感器的同步信号:包括帧同步信号、行同步信号以及每个像元的同步信号，接收相应的图像传感器图像信号，分别并行地采集三个图像传感器的图像信号，采集到图像信号后，并行地从三个图像传感器的图像数据中提取视场内所有恒星星像坐标，同时并行地把三个图像传感器的图像数据保存到第一 SRAM存储单元，从三个图像传感器的图像中能同时完成恒星星像坐标地提取和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李葆华，黄瀚，王常虹，陈希军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：