CN107843254A - 一种空间星敏感器的数据处理单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间星敏感器的数据处理单元。驱动模块驱动光电探测器生成星图，在星图处理模块中，星图被处理转换为星图数据、星点图像数据和星点质心数据；温度采集模块采集并上传温度数据至通信协议模块；姿态数据采集模块采集并上传姿态数据至通信协议模块；工作状态字采集模块采集并上传工作状态字至通信协议模块；LVDS数据采集模块按照LVDS通信协议完成对温度数据、姿态数据、工作状态字、星点图像数据和星点质心数据的采集；图像采集模块按照Camralink实时图像采集接口协议完成对星图数据的采集。本发明能够实现空间星敏感器数据的高速实时传输与处理，具有功耗低、可靠性高、及时间同步性好的优点。

Description

一种空间星敏感器的数据处理单元
技术领域
本发明涉及数据处理技术，尤其涉及一种空间星敏感器的数据处理单元。
背景技术
随着当前各个卫星、飞行器对姿态控制精度要求的提高，空间星敏感器作为姿轨控分系统上关键测量单机，其性能的好坏直接影响各平台的姿态定位精度。
提高空间星敏感器的姿态测量精度，主要从两个方面开展研究，一方面是降低星敏感器的高频误差，另一方面是抑制星敏感器的高频误差。选用大面阵高信噪比的探测器可以提高星敏感器的角分辨率，减小星敏感器的高频误差。但是，大面阵的探测器产生的星图数据是成倍增加的。目前国内主流星敏感器从传统的1024*1024面阵探测器改进成2048*2048面阵探测器，数据量变为原先数据的4倍。如何高速实时处理大量数据，确保星图的更新速度成为空间星敏感器必须要解决的问题。
传统设计采用CPU进行星图预处理，其计算机制确定了数据处理缺乏实时性，对外接口采用RS422串口，通常采用115200的波特率，也很难获得丰富的解算数据，选用1553B接口，其数据吞吐量也只能达到1Mbps左右。而当前空间星敏感器的数据更新率一般要求5～10Hz，若仍采用上述的数据处理方式，显然无法满足设计指标要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种空间星敏感器的数据处理单元，能够实现空间星敏感器数据的高速实时传输与处理，具有功耗低、可靠性高、及时间同步性好的优点，为大面阵探测器在星敏感器上的应用提供了技术保证。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种空间星敏感器的数据处理单元，包括：驱动模块、光电探测器、星图处理模块、星图数据模块、星点图像数据模块、星点质心数据模块、温度采集模块、姿态数据采集模块、工作状态字采集模块、通信协议模块、图像采集模块和LVDS数据采集模块；
所述驱动模块驱动所述光电探测器生成星图，所述星图被发送至所述星图处理模块；在所述星图处理模块中，所述星图被处理转换为星图数据、星点图像数据和星点质心数据；所述星图数据被所述星图处理模块输出并发送至星图数据模块，所述星点图像数据被所述星图处理模块输出并发送至星点图像数据模块，所述星点质心数据被所述星图处理模块输出并发送至星点质心数据模块；
温度采集模块用于采集空间星敏感器的温度数据并将所述温度数据上传至通信协议模块；姿态数据采集模块用于采集空间星敏感器的姿态数据并将所述姿态数据上传至通信协议模块；工作状态字采集模块用于采集空间星敏感器的工作状态字并将所述工作状态字上传至通信协议模块；
所述星点图像数据模块用于向所述通信协议模块上传所述星点图像数据；所述星点质心数据模块用于向所述通信协议模块上传所述星点质心数据；
所述空间星敏感器的温度数据、所述空间星敏感器的姿态数据、所述空间星敏感器的工作状态字、所述星点图像数据和所述星点质心数据一并经所述通信协议模块的LVDS接口通道被所述LVDS数据采集模块采集；所述LVDS数据采集模块按照LVDS通信协议完成对所述温度数据、姿态数据、工作状态字、星点图像数据和星点质心数据的采集；
所述星图数据模块用于向所述通信协议模块上传所述星图数据，经所述通信协议模块的图像接口通道，所述星图数据被所述所述图像采集模块采集；所述图像采集模块按照预定的接口协议完成对所述星图数据的采集。
进一步地，将所述驱动模块、星图处理模块、星图数据模块、星点图像数据模块、星点质心数据模块、温度采集模块、姿态数据采集模块、工作状态字采集模块和通信协议模块集成于FPGA芯片上。
进一步地，所述预定的接口协议为Camralink实时图像采集接口协议。
进一步地，所述星图处理模块承担像素采集、图像预处理、及星点识别解算的三级任务。
进一步地，所述像素采集作为第一级任务，所述图像预处理作为第二级任务，所述星点识别解算作为第三级任务；第一级任务与第二级任务相互交叠，第二级任务与第三级任务相互交叠。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明提出了一种空间星敏感器的数据处理单元，通过采用高速数据采集接口，按照LVDS通信协议采集温度信号、姿态数据、工作状态字、星点图像数据和星点质心数据，按照Camralink接口协议采集星图数据，实现了空间星敏感器数据的高速实时传输与处理，具有功耗低、可靠性高、及时间同步性好的特点，能够为大面阵探测器在星敏感器上的应用提供技术保证。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种空间星敏感器的数据处理单元的结构图；
图2是本发明实施例的星图处理流水线原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例中的一种空间星敏感器的数据处理单元的结构图，参考图1，本实施例提供的空间星敏感器的数据处理单元，包括：驱动模块1、光电探测器2、星图处理模块3、星图数据模块4、星点图像数据模块5、星点质心数据模块6、温度采集模块7、姿态数据采集模块8、工作状态字采集模块9、通信协议模块10、图像采集模块11和LVDS数据采集模块12。
可选的，为充分利用FPGA的I/O资源丰富和时序逻辑的灵活可编程特性，将所述驱动模块1、星图处理模块3、星图数据模块4、星点图像数据模块5、星点质心数据模块6、温度采集模块7、姿态数据采集模块8、工作状态字采集模块9和通信协议模块10集成于一个FPGA芯片上。其中，驱动模块1根据实际手册要求设计驱动时序；星图数据模块4、星点图像数据模块5和星点质心数据模块6通过采用三级流水线的结构形式，实现三项数据的同时更新，节省数据计算时间；温度采集模块7和姿态数据采集模块8利用FPGA的I/O资源，并行同步采集外设的数据。上述功能完全基于FPGA完成设计，这样设置的好处还在于，可实现空间星敏感器数据处理单元的电子学集成和小型化，配置更灵活，外围电路设计实现通用化，设计更加可靠。
所述驱动模块1驱动所述光电探测器2生成星图，所述星图被发送至所述星图处理模块3；在所述星图处理模块3中，所述星图被处理转换为星图数据、星点图像数据和星点质心数据；所述星图数据被所述星图处理模块3输出并发送至星图数据模块4，所述星点图像数据被所述星图处理模块3输出并发送至星点图像数据模块5，所述星点质心数据被所述星图处理模块3输出并发送至星点质心数据模块6。
具体的，如图2所示为本发明实施例的星图处理流水线原理图。星图处理模块3承担着像素采集、图像预处理、及星点识别解算的三级任务。第1级任务为像素采集任务，第2级任务为图像预处理任务，第3级任务为星点识别解算任务。完成了上述三级任务，光电探测器2生成的星图才能够被处理转换为星图数据、星点图像数据和星点质心数据。为了使得图像预处理和星点识别解算任务不占用额外的时间开销，如图2所示，将第1级与第2级、第2级与第3级进行了任务交叠处理。
温度采集模块7用于采集空间星敏感器的温度数据并将所述温度数据上传至通信协议模块10；姿态数据采集模块8用于采集空间星敏感器的姿态数据并将所述姿态数据上传至通信协议模块10；工作状态字采集模块9用于采集空间星敏感器的工作状态字并将所述工作状态字上传至通信协议模块10。
所述星点图像数据模块5用于向所述通信协议模块10上传所述星点图像数据；所述星点质心数据模块6用于向所述通信协议模块10上传所述星点质心数据。
所述空间星敏感器的温度数据、所述空间星敏感器的姿态数据、所述空间星敏感器的工作状态字、所述星点图像数据和所述星点质心数据一并经所述通信协议模块10的LVDS接口通道被所述LVDS数据采集模块12采集；所述LVDS数据采集模块12按照LVDS通信协议完成对所述温度数据、姿态数据、工作状态字、星点图像数据和星点质心数据的采集。此外，LVDS数据采集模块12可以快速对外输出温度数据、姿态数据、工作状态字、星点图像数据和星点质心等丰富数据，且数据更新率优于10Hz。
所述星图数据模块4用于向所述通信协议模块10上传所述星图数据，经所述通信协议模块10的图像接口通道，所述星图数据被所述所述图像采集模块11采集；所述图像采集模块11按照预定的接口协议完成对所述星图数据的采集。优选的，所述预定的接口协议为Camralink实时图像采集接口协议。
本发明实施例提出了一种空间星敏感器的数据处理单元，通过采用高速数据采集接口，按照LVDS通信协议采集温度信号、姿态数据、工作状态字、星点图像数据和星点质心数据，按照Camralink接口协议采集星图数据，实现了空间星敏感器数据的高速实时传输与处理，具有功耗低、可靠性高、及时间同步性好的特点，能够为大面阵探测器在星敏感器上的应用提供技术保证。试验表明，星图处理速度最高可达750Mbps，过程数据传输最高可达150Mbps。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种空间星敏感器的数据处理单元，其特征在于，包括：驱动模块(1)、光电探测器(2)、星图处理模块(3)、星图数据模块(4)、星点图像数据模块(5)、星点质心数据模块(6)、温度采集模块(7)、姿态数据采集模块(8)、工作状态字采集模块(9)、通信协议模块(10)、图像采集模块(11)和LVDS数据采集模块(12)；
所述驱动模块(1)驱动所述光电探测器(2)生成星图，所述星图被发送至所述星图处理模块(3)；在所述星图处理模块(3)中，所述星图被处理转换为星图数据、星点图像数据和星点质心数据；所述星图数据被所述星图处理模块(3)输出并发送至星图数据模块(4)，所述星点图像数据被所述星图处理模块(3)输出并发送至星点图像数据模块(5)，所述星点质心数据被所述星图处理模块(3)输出并发送至星点质心数据模块(6)；
温度采集模块(7)用于采集空间星敏感器的温度数据并将所述温度数据上传至通信协议模块(10)；姿态数据采集模块(8)用于采集空间星敏感器的姿态数据并将所述姿态数据上传至通信协议模块(10)；工作状态字采集模块(9)用于采集空间星敏感器的工作状态字并将所述工作状态字上传至通信协议模块(10)；
所述星点图像数据模块(5)用于向所述通信协议模块(10)上传所述星点图像数据；所述星点质心数据模块(6)用于向所述通信协议模块(10)上传所述星点质心数据；
所述空间星敏感器的温度数据、所述空间星敏感器的姿态数据、所述空间星敏感器的工作状态字、所述星点图像数据和所述星点质心数据一并经所述通信协议模块(10)的LVDS接口通道被所述LVDS数据采集模块(12)采集；所述LVDS数据采集模块(12)按照LVDS通信协议完成对所述温度数据、姿态数据、工作状态字、星点图像数据和星点质心数据的采集；
所述星图数据模块(4)用于向所述通信协议模块(10)上传所述星图数据，经所述通信协议模块(10)的图像接口通道，所述星图数据被所述所述图像采集模块(11)采集；所述图像采集模块(11)按照预定的接口协议完成对所述星图数据的采集。
2.根据权利要求1所述的空间星敏感器的数据处理单元，其特征在于，将所述驱动模块(1)、星图处理模块(3)、星图数据模块(4)、星点图像数据模块(5)、星点质心数据模块(6)、温度采集模块(7)、姿态数据采集模块(8)、工作状态字采集模块(9)和通信协议模块(10)集成于FPGA芯片上。
3.根据权利要求1所述的空间星敏感器的数据处理单元，其特征在于，所述预定的接口协议为Camralink实时图像采集接口协议。
4.根据权利要求1所述的空间星敏感器的数据处理单元，其特征在于，所述星图处理模块(3)承担像素采集、图像预处理、及星点识别解算的三级任务。
5.根据权利要求4所述的空间星敏感器的数据处理单元，其特征在于，所述像素采集作为第一级任务，所述图像预处理作为第二级任务，所述星点识别解算作为第三级任务；第一级任务与第二级任务相互交叠，第二级任务与第三级任务相互交叠。
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