CN113819928B - 一种姿态信息的确定方法、确定装置和星敏感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种姿态信息的确定方法、确定装置和星敏感器，该确定方法包括：接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据；确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量；确定所述模拟星图的星图尺寸；将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息。根据本申请提供的确定方法和装置，可以提高模拟星图的生成效率，星敏感器的图像处理和姿态确定算法进行完整的测试。

Description

一种姿态信息的确定方法、确定装置和星敏感器

技术领域

本申请涉及航天技术领域，具体而言，涉及一种姿态信息的确定方法、确定装置和星敏感器。

背景技术

星敏感器是航天器中依靠敏感的恒星星图，通过天文导航算法确定航天器姿态的设备。星敏感器与航天器通过导航通信接插件进行导航数据的直接传输，在星敏感器研制测试阶段中，除导航通信接口外，还需要具备地测接口，用于连接地面仿真测试设备。

为实现星敏感器的地面仿真测试，星敏感器的地测接口要使用一套独立的接插件，例如常用的地测接口为千兆以太网接口，在接收到仿真系统发送的模拟星图数据后，往往需要通过仿真系统发送的模拟星图数据中携带的行切换指示字节解析出模拟星图，但是这种模拟星图的解析方法效率很低。并且解析出的模拟星图会直接传输到姿态确定算法中，该模拟星图的数据格式与星敏感器中光学器件输出的数据格式并不相同，这样就无法利用该模拟星图来对星敏感器进行完整的仿真测试。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种姿态信息的确定方法、确定装置和星敏感器，无需在传输的初始数据中加入行切换指示字节，可以提高模拟星图的生成的效率。并且在计算姿态信息之前将图像转换成与光学器件相同的像素数据，这样在星敏感器进行仿真的过程中可以完全仿真光学器件表现，如此即可将星敏感器的图像处理和姿态确定算法进行完整的测试。

第一方面，本申请实施例提供了一种姿态信息的确定方法，应用于星敏感器，所述确定方法包括：

接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据；

基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量；

基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸；

基于所述模拟星图数据和所述星图尺寸生成所述模拟星图；

获取星敏感器中的光学器件的像素数据格式，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息。

进一步的，所述基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，包括：

当接收到的所述初始数据的字节数量与所述帧头字节数量相同时，判断接收到的所述与帧头字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧头字节数量相同的初始数据相邻的下一位模拟星图数据为所述模拟星图的第一个像素；

持续接收所述初始数据，直至接收到的所述初始数据的字节数量与帧尾字节数量相同时，判断接收到的所述与帧尾字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到所述预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧尾字节数量相同的初始数据相邻的前一位初始数据为所述模拟星图的最后一个像素，并将所述模拟星图的第一个像素与所述模拟星图的最后一个像素之间的有效像素作为用于生成模拟星图的模拟星图数据。

进一步的，所述基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸，包括：

通过以下公式，基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸：

其中，A表示所述模拟星图的星图尺寸，SUM表示所述模拟星图数据的字节总量。

进一步的，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，通过以下步骤将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

确定所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素位宽差值；

基于所述像素位宽差值，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

或者；

基于数字位宽转换算法，计算所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素比例系数；

基于所述像素比例系数，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图。

第二方面，本申请实施例还提供了一种姿态信息的确定装置，确定所述装置包括：

初始数据接收模块，用于接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据；

模拟星图数据确定模块，用于基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量；

星图尺寸确定模块，用于基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸；

第一模拟星图生成模块，用于基于所述模拟星图数据和所述星图尺寸生成所述模拟星图；

第二模拟星图生成模块，用于获取星敏感器中的光学器件的像素数据格式，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

航天器姿态信息确定模块，用于基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息。

进一步的，所述模拟星图数据确定模块在基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据时，所述模拟星图数据确定模块还用于：

当接收到的所述模拟星图数据的字节与所述帧头字节数量相同时，判断接收到的所述与帧头字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧头字节数量相同的模拟星图数据相邻的下一位模拟星图数据为所述模拟星图的第一个像素；

持续接收所述模拟星图数据，直至接收到的所述模拟星图数据的字节与帧尾字节数量相同时，判断接收到的所述与帧尾字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到所述预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧尾字节数量相同的模拟星图数据相邻的前一位模拟星图数据为所述模拟星图的最后一个像素，并将所述模拟星图的第一个像素与所述模拟星图的最后一个像素之间的有效像素作为用于生成模拟星图的模拟星图数据。

进一步的，所述星图尺寸确定模块在基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸时，所述星图尺寸确定模块还用于：

通过以下公式，基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸：

其中，A表示所述模拟星图的星图尺寸，SUM表示所述模拟星图数据的字节总量。

第三方面，本申请实施例还提供一种星敏感器，所述星敏感器包括地测接口、姿态信息的确定装置和导航通信接口，其中，所述地测接口和所述导航通信接口集成在一个集成式接口接插件上；

所述地测接口，用于接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据，并将所述初始数据发送给所述姿态信息的确定装置；

所述姿态信息的确定装置，用于基于所述初始数据生成模拟星图，基于所述模拟星图确定所述模拟星图对应的航天器姿态信息，并将所述航天器姿态信息发送给所述导航通信接口；

所述导航通信接口，用于将所述航天器姿态信息发送至所述仿真系统。

第四方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的姿态信息的确定方法的步骤。

第五方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的姿态信息的确定方法的步骤。

本申请提供的一种姿态信息的确定方法，首先，接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据；然后，基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量；基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸；基于所述模拟星图数据和所述星图尺寸生成所述模拟星图；获取所述星敏感器中的光学器件的像素数据格式，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；最后，基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息。

本申请实施例提供的姿态信息的确定方法及确定装置，与现有技术中的姿态信息的确定方法相比，根据预设的帧头字节和帧尾字节判断用于生成模拟星图的模拟星图数据，并根据确定出的星图尺寸生成对应的模拟星图，与现有技术中生成模拟星图的方法相比，本申请提供的生成模拟星图的方法无需在传输的初始数据中加入行切换指示字节，这样可以提高模拟星图的生成的效率。并且在计算姿态信息之前将图像转换成与光学器件相同的像素数据，这样在星敏感器进行仿真的过程中可以完全仿真光学器件表现，如此即可将星敏感器的图像处理和姿态确定算法进行完整的测试，进一步提高地面测试接口在功能上的实用性。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种姿态信息的确定方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的用于生成模拟星图的模拟星图数据的确定方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种模拟星图中像素排列方式的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种姿态信息的确定装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种星敏感器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种21针J30J接插件节点分配的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。

星敏感器是航天器中依靠敏感的恒星星图，通过天文导航算法确定航天器姿态的设备。星敏感器与航天器通过导航通信接插件进行导航数据的直接传输，在星敏感器研制测试阶段中，除导航通信接口外，还需要具备地测接口，用于连接地面仿真测试设备。

经研究发现，为实现星敏感器的地面仿真测试，星敏感器的地测接口要使用一套独立的接插件，例如常用的地测接口为千兆以太网接口，在接收到仿真系统发送的模拟星图数据后，往往需要通过仿真系统发送的模拟星图数据中携带的行切换指示字节解析出模拟星图，但是这种模拟星图的解析方法效率很低。并且解析出的模拟星图会直接传输到姿态确定算法中，该模拟星图的数据格式与星敏感器中光学器件输出的数据格式并不相同，这样就无法利用该模拟星图来对星敏感器进行完整的仿真测试。

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种姿态信息的确定方法，无需在传输的初始数据中加入行切换指示字节，可以提高模拟星图的生成的效率。并且在计算姿态信息之前将图像转换成与光学器件相同的像素数据，这样在星敏感器进行仿真的过程中可以完全仿真光学器件表现，如此即可将星敏感器的图像处理和姿态确定算法进行完整的测试。

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种姿态信息的确定方法的流程图。如图1中所示，本申请实施例提供的姿态信息的确定方法，包括：

S101，接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据。

需要说明的是，仿真系统指的是在对星敏感器进行地面测试时需要用到的系统。星图模拟器位于所述仿真系统中，是天文导航算法的地面试验的必要设备。天文导航算法的实现途径是星敏感器的光学元件敏感天球中的恒星星光，利用获得的星光图像进行姿态解算，获取航天器的姿态状态。这种星光图像即为星图。星图模拟器即是在地面上模拟出星图的设备，利用地面模拟的星光图像，可以实现在地面环境下对星敏感器的算法的测试和验证。初始数据指的是星图模拟器发送给星敏感器，用来对星敏感器进行仿真和测试的数据。

针对上述步骤S101，在对星敏感器进行仿真和测试时，星敏感器接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据。

S102，基于预设的帧头字节数量与帧头字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量。

需要说明的是，帧头字节和帧尾字节指的是提前预设好的预设字节，用于判断接收到的初始数据是否为帧头字节或帧尾字节，以根据判断出的帧头字节和帧尾字节来确定用于生成模拟星图的模拟星图数据。帧头字节数量和帧头字节数量也是提前预设好的数量，具体的，可以预设帧头字节数量为4字节，帧尾字节数量为4字节，也可以预设帧头字节数量为6字节，帧尾字节数量为6字节，对此本申请不做具体限定。模拟星图指的是星敏感器根据接收到的初始数据生成的图像，用来对星敏感器进行测试，模拟星图数据即是所接收到的初始数据中可以用来生成一张模拟星图的图像数据，模拟星图数据的字节总量即是生成一张模拟星图所需要的所有图像数据的字节量。

针对上述步骤S102，在具体实施时，根据预设的帧头字节数量与帧头字节数量确定所接收到的初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定出模拟星图数据的字节总量。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种用于生成模拟星图的模拟星图数据的确定方法的流程图。如图2中所示，针对上述步骤S102，所述基于预设的帧头字节数量与帧头字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，包括：

S201，当接收到的所述初始数据的字节数量与所述帧头字节数量相同时，判断接收到的所述与帧头字节数量相同的初始数据的数量是否达到预设数量。

需要说明的是，预设数量指的是提前预设好的一个数值，具体是，预设数量可以是4个，也可以是6个，对此本申请不做具体限定。

针对上述步骤S201，在接收到星图模拟器发送的初始数据时，首先判断接收到的初始数据是否为预设的帧头字节。延续上一实施例，预设帧头字节数量为4字节，因此根据接收到的初始数据的字节数量来判断是否与帧头字节数量相同，也就是判断接收到的初始数据的字节数量是否为4字节。当判断接收到的初始数据的字节数量为4字节时，则认为接收到的初始数据为是代表帧头字节的数据，接下来判断接收到的与帧头字节数量相同的初始数据的数量是否达到预设数量，例如判断数量是否达到4个。

S202，若是，则确定接收到的所述与帧头字节数量相同的初始数据相邻的下一位初始数据为所述模拟星图的第一个像素。

针对上述步骤S202，当判断出收到的与帧头字节数量相同的初始数据的数量达到了预设数量时，则认为接下来接收到的初始数据就是用来生成模拟星图的模拟星图数据，因此将与帧头字节数量相同的初始数据相邻的下一位初始数据为所述模拟星图的第一个像素。

S203，持续接收所述初始数据，直至接收到的所述初始数据的字节数量与帧尾字节数量相同时，判断接收到的所述与帧尾字节数量相同的初始数据的数量是否达到所述预设数量。

针对上述步骤S203，在确定出模拟星图的第一个像素后，持续接收初始数据，这时所接收到的初始数据都是用来生成模拟星图的模拟星图数据。直到判断接收到的初始数据的字节数量与帧尾字节数量相同。延续上一实施例，预设帧尾字节数量为4字节，因此根据接收到的初始数据的字节数量来判断是否与帧尾字节数量相同，也就是判断接收到的初始数据的字节数量是否为4字节。当判断接收到的初始数据的字节数量为4字节时，则认为接收到的初始数据为是代表帧尾字节的数据，接下来判断接收到的与帧尾字节数量相同的初始数据的数量是否达到预设数量，例如判断数量是否达到4个。

S204，若是，则确定接收到的所述与帧尾字节数量相同的初始数据相邻的前一位初始数据为所述模拟星图的最后一个像素，并将所述模拟星图的第一个像素与所述模拟星图的最后一个像素之间的有效像素作为用于生成模拟星图的模拟星图数据。

针对上述步骤S204，当判断出收到的与帧尾字节数量相同的初始数据的数量达到了预设数量时，则认为后续再接收到的初始数据就不是这一张模拟星图中的数据了，因此将与帧尾字节数量相同的初始数据相邻的前一位初始数据为所述模拟星图的最后一个像素，并将模拟星图的第一个像素与所述模拟星图的最后一个像素之间的有效像素作为用于生成模拟星图的模拟星图数据。

在确定出用于生成模拟星图的模拟星图数据后，还需统计模拟星图数据的字节总量，为下一步骤生成模拟星图做准备，例如统计出接收到的模拟星图的字节总量为2097152。

S103，基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸。

需要说明的是，星图尺寸指的是所生成的模拟星图的大小，例如星图尺寸可以是模拟星图横向或纵向的像素数量。

针对上述步骤S103，所述基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸，包括：

通过以下公式(1)，基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸：

其中，A表示所述模拟星图的星图尺寸，SUM表示所述模拟星图数据的字节总量。

具体的，利用步骤S102中确定出的模拟星图数据的字节总量来确定待生成的模拟星图的星图尺寸。由于模拟星图数据中单个像素是2字节，所以在计算星图尺寸时需要除以2。又由于模拟星图的尺寸为正方形是固定的，因此在计算星图尺寸时需要进行求平方根的计算，这样得到的星图尺寸则是模拟星图横向或纵向的像素数量。延续上一实施例，当模拟星图数据的字节总量为2097152时，这时根据上述公式(1)确定出的星图尺寸为

S104，基于所述模拟星图数据和所述星图尺寸生成所述模拟星图。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种模拟星图中像素排列方式的示意图。如图3中所示，针对上述步骤S104，在确定出模拟星图数据和星图尺寸后，按照图3的数据编排方式，星敏感器数据处理短可以将帧头和帧尾之间的模拟星图数据组成一张完整的A*A像素数量的模拟星图，位宽为16位。

S105，获取星敏感器中的光学器件的像素数据格式，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图。

需要说明的是，光学器件指的是星敏感器中的成像装置，星敏感器的主体功能是驱动光学传感器运行，并获取光学传感器的图像数据，再经过图像处理与姿态确定算法获得该图像对应的姿态信息，将姿态信息通过导航接插件传输给航天器导航系统。该图像数据在使用不同的光学器件时，具有不同的像素数据格式，该像素数据格式可从光学器件的手册中获取。算法端需要将该格式的图像数据信息组合成有效的整幅图像信息，再经过星敏感器的姿态确定算法进行相关计算。地面测试功能是独立于主体功能的另一套图像信息获取方式，通过地面测试线缆将图像数据传入到星敏感器中，再将该图像进行姿态确定算法验证星敏感器主体算法的有效性。但是地测信息往往具有各自的图像发送和拼接方法，如图3是利用地测接口进行地测接口数据传输图像信息传输格式。如果利用该方法接收组成的图像，只能验证图像处理之后的姿态确定算法，对于光学器件数据组包的过程是无法验证的。所以为了扩大地测接口可测试的算法范围，在地测系统中加入一级图像数据编排是必要的。该图像数据编排过程是在接收获取完整图像信息后，将图像数据再次拆分成与光学器件一致的格式，并将再次编排的数据通过与光学器件一致的接口输入到主体算法过程中，对算法进行完整的验证。

针对上述步骤S105，获取星敏感器中的光学器件的像素格式。作为一种可选的实施方式，星敏感器中的光学器件使用的是OnsemiPYTHON系列芯片，该系列芯片采用LVDS串行接口输出图像信息。该芯片具有一种输出模式是将光学器件获取的整幅图像数据，通过CLK、DATA0、DATA1共三通道LVDS数据信号发送。发送格式是在CLK时钟信号的约束下，以同步信号模式发送像素数据。图像发送按照逐行发送，DATA0发送像素1、3、5、7……，DATA1发送像素2、4、6、8……，每个像素为12位宽，数据通道发送单个像素时由低到高逐位发送。这时发现接收到的模拟星图的图像数据编排如图3，与光学器件不同，所以加入一级图像编排，使模拟星图数据转换成与光学器件一致的数据格式。当模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图。具体的，通过以下步骤将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图：

确定所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素位宽差值；基于所述像素位宽差值，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图。

或者；

基于数字位宽转换算法，计算所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素比例系数；基于所述像素比例系数，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图。

下面对第一种转换模式进行说明，第一种转换模式为舍弃低位的转换。延续上一实施例，生成的模拟星图的像素数据格式为像素16位宽，Onsemi PYTHON系列芯片的像素数据格式为像素12位宽，这时需要确定模拟星图的像素数据格式与光学器件的像素数据格式之间的像素位宽差值，即为4位宽。这时需要将像素16位数据宽度的高12位当作该像素的有效值，低4位直接舍弃，得到转换后的模拟星图。这种方式基本保留了图像的灰度信息，不需要额外的运算，实现容易、算法速度快，缺点是图像的对比度有损失。

下面对第二种转换模式进行说明，第二种转换模式为比例计算，延续上一实施例，比如像素值为B_16，位宽为16位，转换成12位后为B_12。计算过程是B_12＝B_16/(2^16)*(2^12)，其中B_16与B_12分别指像素有效数据用16位和12位表示的数值，分别是算法的输入输出量。B_16相当于输入量x，B_12相当于输出量y，公式为y＝kx，k是比例系数。16位转12位的比例系数k＝(2^12)/(2^16)＝4096/65536＝0.0625，这是一个确定值的参数。然后取计算后的B_12的低12位作为有效数据，这就是按比例缩放。这种办法优点是像素间的理论对比度保持一致，图像信息被完全保留，缺点是对每个像素都要进行乘除法运算，比较消耗控制器运算资源。

上述两种转换模式都适用于任何位宽的情况，如16位转14位、16位转12位或16位转10位等，这些都是常见的情况，思路与上述两种转换模式的思路的一致。从工程角度而言，第一种转换模式最常用，因为低位的损失通常可接受。

这里，应注意，上述对光学器件的类型和像素转换模式的举例仅为示例，实际中，光学器件的类型和像素转换模式不限于上述例子。

S106，基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息。

针对上述步骤S106，在将模拟星图的像素值通过上述两种转换模式从16位宽变为12位宽后，根据光学器件的数据输出格式，将转换后的模拟星图传输至姿态确定算法中，采用与光学器件的相同数据格式的协议。例如，延续上一实施例，针对OnsemiPYTHON系列芯片的光学器件，在向姿态确定算法中传送数据时，按照该光学器件的数据输出格式即可，即图像发送按照逐行发送，DATA0发送像素1、3、5、7……，DATA1发送像素2、4、6、8……，每个像素为12位宽，数据通道发送单个像素时由低到高逐位发送。在星敏感器进行地面仿真测试时，光学器件不开机，图像数据通过电子星图模拟器通过地测接口提供给星敏感器，在编排后可以完全模拟光学器件的数据表现，将模拟星图对星敏感器处理部分的输入通过程序设计成与光学器件同数据格式的模式，完全仿真光学器件表现，如此即可将星敏感器的图像处理和姿态确定算法进行完整的测试，进一步提高地面测试接口在功能上的实用性。

姿态确定算法在接收到传过来的模拟星图数据后，根据姿态确定算法计算模拟星图对应的航天器姿态信息，如何根据姿态确定算法计算航天器的姿态信息在现有技术中已有详细介绍，在此不再过多赘述。作为一种可选的实施方式，在确定出模拟星图对应的航天器姿态信息后，将航天器姿态信息传输给仿真系统，以使仿真姿态可以根据星敏感器计算的航天器姿态信息来计算星敏感器的定姿精度，已完成对星敏感器的仿真与测试。

本申请实施例提供的姿态信息的确定方法及确定装置，与现有技术中的姿态信息的确定方法相比，根据预设的帧头字节和帧尾字节判断用于生成模拟星图的模拟星图数据，并根据确定出的星图尺寸生成对应的模拟星图，与现有技术中生成模拟星图的方法相比，本申请提供的生成模拟星图的方法无需在传输的初始数据中加入行切换指示字节，这样可以提高模拟星图的生成的效率。并且在计算姿态信息之前将图像转换成与光学器件相同的像素数据，这样在星敏感器进行仿真的过程中可以完全仿真光学器件表现，如此即可将星敏感器的图像处理和姿态确定算法进行完整的测试，进一步提高地面测试接口在功能上的实用性。

请参阅图4，图4为本申请实施例所提供的一种姿态信息的确定装置的结构示意图。如图4中所示，所述姿态信息的确定装置400包括：

初始数据接收模块401，用于接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据；

模拟星图数据确定模块402，用于基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量；

星图尺寸确定模块403，用于基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸；

第一模拟星图生成模块404，用于基于所述模拟星图数据和所述星图尺寸生成所述模拟星图；

第二模拟星图生成模块405，用于获取星敏感器中的光学器件的像素数据格式，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

航天器姿态信息确定模块406，用于基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息。

进一步的，所述模拟星图数据确定模块402，还用于：

当接收到的所述初始数据的字节数量与所述帧头字节数量相同时，判断接收到的所述与帧头字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧头字节数量相同的初始数据相邻的下一位模拟星图数据为所述模拟星图的第一个像素；

持续接收所述初始数据，直至接收到的所述初始数据的字节数量与帧尾字节数量相同时，判断接收到的所述与帧尾字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到所述预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧尾字节数量相同的初始数据相邻的前一位初始数据为所述模拟星图的最后一个像素，并将所述模拟星图的第一个像素与所述模拟星图的最后一个像素之间的有效像素作为用于生成模拟星图的模拟星图数据。

进一步的，所述星图尺寸确定模块403，还用于：

通过以下公式，基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸：

其中，A表示所述模拟星图的星图尺寸，SUM表示所述模拟星图数据的字节总量。

进一步的，所述第二模拟星图生成模块405，还用于：

确定所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素位宽差值；

基于所述像素位宽差值，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

或者；

基于数字位宽转换算法，计算所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素比例系数；

基于所述像素比例系数，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种星敏感器的结构示意图。如图5所示，所述星敏感器500包括地测接口510、姿态信息的确定装置400和导航通信接口520，其中，所述地测接口510和所述导航通信接口520集成在一个集成式接口接插件上。

所述地测接口510，用于接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据，并将所述初始数据发送给所述姿态信息的确定装置。

所述姿态信息的确定装置400，用于基于所述初始数据生成模拟星图，基于所述模拟星图确定所述模拟星图对应的航天器姿态信息，并将所述航天器姿态信息发送给所述导航通信接口520。

所述导航通信接口520，用于将所述航天器姿态信息发送至所述仿真系统。

作为一种可选的实施方式，星敏感器中有一地测接口510，用于连接地面仿真系统，以通过地测接口510来接收地面仿真系统发送的初始数据，用于进行天文导航算法获取航天器姿态信息。模拟星图的数据量与星敏感器光学元件相关。目前常用的小型化星敏感器的光学元件，像素分辨率为1024*1024，单像素位宽为10位～12位，在传输过程中按照16位宽进行对其传输，则单张模拟星图的数据量为16Mbit。当前星敏感器的姿态更新率一般在10Hz以内，所以满载传输时波特率要求160Mbps。常用接口中有USB 2.0、千兆以太网、USB3.0等接口符合波特率要求，其中USB 2.0仅需要2根数据信号线即可实现接口设计，所以综合考虑选择USB 2.0作为集成式地测接口510的通信协议。

利用USB 2.0通信协议驱动芯片实现通信协议，通过FTDI FT232H控制器芯片实现USB2.0高速数据通信，控制器最高支持480Mbps。FT232H的电路设计相对简单，将数据引脚与控制引脚与星敏感器的主控芯片连接，FT232H芯片由一个12MHz晶振提供芯片运行时钟，通信时使用的协议通过外部直连的EEPROM预编程确定。USB 2.0的数据接口从FT232H芯片的DP与DM引脚引出，这两个信号连接到通信接插件中即可完成外部对USB 2.0地测接口510的连接。使用FT232H驱动USB 2.0时，需要将FT232H配置成FT245模式同步FIFO接口，将USB2.0串行数据于8bit位宽编码数据进行转换。在使用这一模式时，主要信号如表1所示。

表1FT232H与星敏感器主控芯片连接信号表

FT232H芯片读操作驱动设计：当芯片将RXF#输出低电平时，可以进行读取操作。在RD#信号变为低电平之前，FPGA SoC系统可以将OE#设置为低电平使数据总线驱动器的信号方向为输出，使FPGA SoC端可以读取数据。OE#为低电平后，第一个数据字节开始出现在总线上。一旦所有数据读取完，芯片将把RXF#驱动为高电平。RXF#为高电平后，出现在数据总线上的所有数据均无效，应将其忽略。FT232H芯片写操作驱动设计：TXE#为低时，可以开始写操作。写数据操作有效时，WR#从高电平变为低电平。只要TXE#一直为低，就可以在每个时钟上连续进行写入操作。FPGA SoC系统驱动必须监视TXE#及WR#信号，以检查接收方是否已经收到数据。当二者不都为低时，数据无法被数据总线接收，出现在数据总线上的所有数据均无效。

姿态信息的确定装置400如何基于所述初始数据生成模拟星图，基于所述模拟星图确定所述模拟星图对应的航天器姿态信息的方法与步骤S101-步骤S106中的方法相同，在此不再过多赘述。姿态信息的确定装置400确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息，将所述航天器姿态信息发送给所述导航通信接口520。导航通信接口520用于将所述航天器姿态信息发送至所述仿真系统。导航通信接口520与传统星敏感器相同，采用RS422接口进行通信。导航通信接口520的数据量较小，一般包括姿态信息与时间标签等，利用波特率为115200bps的RS422接口充分满足10Hz的姿态信息更新需求。同时，RS422接口是航天器中常见的通信接口，保证了通信可靠性与兼容性。作为一种可选的实施方式，所述地测接口510和所述导航通信接口520集成在一个集成式接口接插件上。

在星敏感器的实际应用中，为实现通信速率较高的通信协议，星敏感器的地测接口510难以避免要使用一套独立的接插件用来设计较多的连接节点，例如常用的地测接口510千兆以太网接口，需要8个节点的连接需求。由于千兆以太网在星敏感器的空间应用场景中不进行连接，所以不会这部分不必要的连接节点给导航通信接插件，导致需要单独设计地测接插件用于连接星图模拟器等地面测试设备。这种情况下，在星敏感器的研制与测试阶段，就需要同时连接导航通信接口520与地测接口510完成各项功能测试，增加了外部线路连接的复杂程度。此外，星敏感器不断向小型化发展，传统的导航通信接口520与地测接口510分离式的设计难以满足进一步的小型化设计要求。为减少星敏感器的接插件数量，简化外部通信接口设计，本申请将地测接口510与导航通信接口520集成在一个接口接插件上。本发明相较于双接口的方案，减少了星敏感器接插件数量，简化星敏感器接插件结构和线路设计，充分利用接口节点；优化星敏感器在研制、仿真测试环节的外部走线，通过单线缆即可完备连接各项接口，降低了星敏感器参与航天器系统仿真测试的难度；利用常见的USB 2.0通信协议实现地测接口510设计，降低了外部测试设备的实现难度，也减少了测试设备的接线数量。请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种21针J30J接插件节点分配的示意图。如图6所示，接口接插件节点主要包括数据节点、时间秒脉冲PPS节点、电源指示灯PWR节点与接地电源GND节点。除USB 2.0外，数据节点与时间秒脉冲节点采用单线双点的方式，即一根数据线分配两个连接节点。USB 2.0由于是地面测试所使用的，所以无需进行双点备份连接方式。电源节点采用3个电源节点与4个地节点的方式分配。按照上述连接方式，一共需要21个连接节点。接插件可采用21针J30J系列接插件，保障设备连接和运行的稳定性。

请参阅图7，图7为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图7中所示，所述电子设备700包括处理器710、存储器720和总线730。

所述存储器720存储有所述处理器710可执行的机器可读指令，当电子设备700运行时，所述处理器710与所述存储器720之间通过总线730通信，所述机器可读指令被所述处理器710执行时，可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的姿态信息的确定方法的步骤，解决了现有技术中模拟星图生成效率较低，且星敏感器的测试不完整的问题，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的姿态信息的确定方法的步骤，解决了现有技术中模拟星图生成效率较低，且星敏感器的测试不完整的问题，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种姿态信息的确定方法，应用于一种姿态信息的确定装置，其特征在于，所述确定方法包括：

接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据；

基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量；

基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸；

基于所述模拟星图数据和所述星图尺寸生成所述模拟星图；

获取星敏感器中的光学器件的像素数据格式，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息；

所述基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸，包括：

通过以下公式，基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸：

其中，A表示所述模拟星图的星图尺寸，SUM表示所述模拟星图数据的字节总量。

2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，包括：

当接收到的所述初始数据的字节数量与所述帧头字节数量相同时，判断接收到的所述与帧头字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧头字节数量相同的初始数据相邻的下一位模拟星图数据为所述模拟星图的第一个像素；

持续接收所述初始数据，直至接收到的所述初始数据的字节数量与帧尾字节数量相同时，判断接收到的所述与帧尾字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到所述预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧尾字节数量相同的初始数据相邻的前一位初始数据为所述模拟星图的最后一个像素，并将所述模拟星图的第一个像素与所述模拟星图的最后一个像素之间的有效像素作为用于生成模拟星图的模拟星图数据。

3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，通过以下步骤将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

确定所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素位宽差值；

基于所述像素位宽差值，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

或者；

基于数字位宽转换算法，计算所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式之间的像素比例系数；

基于所述像素比例系数，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图。

4.一种姿态信息的确定装置，其特征在于，所述确定装置包括：

初始数据接收模块，用于接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据；

模拟星图数据确定模块，用于基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据，并确定所述模拟星图数据的字节总量；

星图尺寸确定模块，用于基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸；

第一模拟星图生成模块，用于基于所述模拟星图数据和所述星图尺寸生成所述模拟星图；

第二模拟星图生成模块，用于获取星敏感器中的光学器件的像素数据格式，当所述模拟星图的像素数据格式与所述光学器件的像素数据格式不相同时，将所述模拟星图中的像素数据格式转换为与所述光学器件相同的像素数据格式，得到转换后的模拟星图；

航天器姿态信息确定模块，用于基于所述光学器件的数据输出格式，将所述转换后的模拟星图输入至姿态确定算法中，以确定出所述模拟星图对应的航天器姿态信息；

所述星图尺寸确定模块在基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸时，所述星图尺寸确定模块还用于：

通过以下公式，基于所述模拟星图数据的字节总量确定所述模拟星图的星图尺寸：

其中，A表示所述模拟星图的星图尺寸，SUM表示所述模拟星图数据的字节总量。

5.根据权利要求4所述的确定装置，其特征在于，所述模拟星图数据确定模块在基于预设的帧头字节数量与帧尾字节数量确定所述初始数据中用于生成模拟星图的模拟星图数据时，所述模拟星图数据确定模块还用于：

当接收到的所述模拟星图数据的字节与所述帧头字节数量相同时，判断接收到的所述与帧头字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧头字节数量相同的模拟星图数据相邻的下一位模拟星图数据为所述模拟星图的第一个像素；

持续接收所述模拟星图数据，直至接收到的所述模拟星图数据的字节与帧尾字节数量相同时，判断接收到的所述与帧尾字节数量相同的模拟星图数据的数量是否达到所述预设数量；

若是，则确定接收到的所述与帧尾字节数量相同的模拟星图数据相邻的前一位模拟星图数据为所述模拟星图的最后一个像素，并将所述模拟星图的第一个像素与所述模拟星图的最后一个像素之间的有效像素作为用于生成模拟星图的模拟星图数据。

6.一种星敏感器，其特征在于，所述星敏感器包括地测接口、如权利要求4至5任一所述的姿态信息的确定装置和导航通信接口，其中，所述地测接口和所述导航通信接口集成在一个集成式接口接插件上；

所述地测接口，用于接收仿真系统中的星图模拟器发送的初始数据，并将所述初始数据发送给所述姿态信息的确定装置；

所述姿态信息的确定装置，用于基于所述初始数据生成模拟星图，基于所述模拟星图确定所述模拟星图对应的航天器姿态信息，并将所述航天器姿态信息发送给所述导航通信接口；

所述导航通信接口，用于将所述航天器姿态信息发送至所述仿真系统。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至3任一所述的姿态信息的确定方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至3任一所述的姿态信息的确定方法的步骤。

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