JPH0453364B2 - - Google Patents
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- JPH0453364B2 JPH0453364B2 JP60226421A JP22642185A JPH0453364B2 JP H0453364 B2 JPH0453364 B2 JP H0453364B2 JP 60226421 A JP60226421 A JP 60226421A JP 22642185 A JP22642185 A JP 22642185A JP H0453364 B2 JPH0453364 B2 JP H0453364B2
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 235000019892 Stellar Nutrition 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
- G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
- G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
- G01S3/7867—Star trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、航空機や人工衛星のような飛翔体に
搭載される固体撮像素子を用いた恒星センサに関
し、特に、星の像（以下「星像」という）の位置
を検出するための恒星センサに関するものであ
る。
搭載される固体撮像素子を用いた恒星センサに関
し、特に、星の像（以下「星像」という）の位置
を検出するための恒星センサに関するものであ
る。
第３図に一般的な固体撮像素子（以下「CCD」
という）を用いた恒星センサの構成を示す。星の
エネルギー（星光）ａは光学レンズ１で集光さ
れ、CCD２の受光面で結像され、その画像デー
タ（Hij、Vij、Sij）が信号処理回路３を介して出
力される。この画像データはセントロイド処理
（中心値算出）回路４で処理され、セントロイ
ド・データｂ（Hc、Vc、Sc）として出力される。
上記説明において、HijはCCD２の水平位置デー
タ、VijはCCD２の垂直位置データ、ｉおよびｊ
は第４図に示すCCD２の光電変換画素（以下
「PD」という）の水平位置番号および垂直位置番
号、SijはPDijで検出された信号レベルである。
という）を用いた恒星センサの構成を示す。星の
エネルギー（星光）ａは光学レンズ１で集光さ
れ、CCD２の受光面で結像され、その画像デー
タ（Hij、Vij、Sij）が信号処理回路３を介して出
力される。この画像データはセントロイド処理
（中心値算出）回路４で処理され、セントロイ
ド・データｂ（Hc、Vc、Sc）として出力される。
上記説明において、HijはCCD２の水平位置デー
タ、VijはCCD２の垂直位置データ、ｉおよびｊ
は第４図に示すCCD２の光電変換画素（以下
「PD」という）の水平位置番号および垂直位置番
号、SijはPDijで検出された信号レベルである。
CCDにおいては、一般に、第４図に示すよう
に、それを構成するPDがマトリクス状に配列さ
れており、上述したように、各PD単位の画像デ
ータ（Hij、Vij、Sij）が得られる。
に、それを構成するPDがマトリクス状に配列さ
れており、上述したように、各PD単位の画像デ
ータ（Hij、Vij、Sij）が得られる。
星像は、一般に、レンズ系の収差や歪などによ
りデフオーカス像となるが、従来のセントロイド
処理方式においては、後に述べるように、そのデ
フオーカス像が広がるように設定されていた。第
５図にCCD２面上での星の光強度分布例５を示
す。図示の如く、星像は複数のPDにまたがつて
分布している。
りデフオーカス像となるが、従来のセントロイド
処理方式においては、後に述べるように、そのデ
フオーカス像が広がるように設定されていた。第
５図にCCD２面上での星の光強度分布例５を示
す。図示の如く、星像は複数のPDにまたがつて
分布している。
従来、この種のCCDを用いた恒星センサにお
ける画像データのセントロイド処理方式として
は、次に示すものがある。
ける画像データのセントロイド処理方式として
は、次に示すものがある。
得られたPDデータ（Hij、Vij、Sij）の内、
Sijの最も大きいPDの位置番号（inax、jnax）を
抽出する。
Sijの最も大きいPDの位置番号（inax、jnax）を
抽出する。
このの方式は最も簡易な方式であるが、セ
ントロイド・データ（Hc、Vc、Sc）の精度が
PDの幾何学的形状および大きさにより制限さ
れるという問題がある。そこで通常は、次の方
式がとられている。
ントロイド・データ（Hc、Vc、Sc）の精度が
PDの幾何学的形状および大きさにより制限さ
れるという問題がある。そこで通常は、次の方
式がとられている。
各PDデータ（Hij、Vij、Sij）により多重計
算を行う。すなわち、 Hc＝ΣSij・Hij／ΣSij Vc＝ΣSij・Vij／ΣSij の計算式によつて求められたHc，Vcをセント
ロイド・データとして出力する。
算を行う。すなわち、 Hc＝ΣSij・Hij／ΣSij Vc＝ΣSij・Vij／ΣSij の計算式によつて求められたHc，Vcをセント
ロイド・データとして出力する。
上述のの方式では、演算に供されるPDデー
タの数によりセントロイドの精度が変動する。第
６図にその例を示す。同図において、曲線６は画
素数のみを考慮した場合の演算による精度を示
し、曲線７は回路その他の雑音による精度を示
し、曲線８は曲線６，７の総合的な精度である。
タの数によりセントロイドの精度が変動する。第
６図にその例を示す。同図において、曲線６は画
素数のみを考慮した場合の演算による精度を示
し、曲線７は回路その他の雑音による精度を示
し、曲線８は曲線６，７の総合的な精度である。
第６図は星の等級が変化すると精度が変化する
ことを示している。すなわち、星の等級が変化し
て第５図に示す光強度分布のエネルギーが変化す
ると、各PDの信号レベルSijが相対的に変化し、
スレツシヨールドレベルが一定であれば、分布の
周辺部の画素データ数が変化し、セントロイドの
精度が変化する。この場合、第６図の曲線８に示
すように、星の等級が変化する前の画素データ数
に応じて、セントロイドの精度が高くなつたり低
くなつたりする。従つて、セントロイドの精度を
最高値（第６図の曲線８の場合は点９の値）に保
持するために、信号レベルSij検出のためのスレ
ツシヨールドレベルを制御するなどの手段によつ
て、検出される画素データ数を制御するなどの煩
雑さがあつた。
ことを示している。すなわち、星の等級が変化し
て第５図に示す光強度分布のエネルギーが変化す
ると、各PDの信号レベルSijが相対的に変化し、
スレツシヨールドレベルが一定であれば、分布の
周辺部の画素データ数が変化し、セントロイドの
精度が変化する。この場合、第６図の曲線８に示
すように、星の等級が変化する前の画素データ数
に応じて、セントロイドの精度が高くなつたり低
くなつたりする。従つて、セントロイドの精度を
最高値（第６図の曲線８の場合は点９の値）に保
持するために、信号レベルSij検出のためのスレ
ツシヨールドレベルを制御するなどの手段によつ
て、検出される画素データ数を制御するなどの煩
雑さがあつた。
また、従来の方式においては、セントロイドの
精度を高めるために、レンズのデフオーカス範囲
を大きくする必要があつた。このため、星の光量
が分散し、各PDあたりの入力エネルギーが小さ
くなり、その分、光学レンズの口径が大きくな
り、重量軽減などにおける大きな制約となつてい
た。
精度を高めるために、レンズのデフオーカス範囲
を大きくする必要があつた。このため、星の光量
が分散し、各PDあたりの入力エネルギーが小さ
くなり、その分、光学レンズの口径が大きくな
り、重量軽減などにおける大きな制約となつてい
た。
このような問題点を解決するために本発明は、
各光電変換画素単位の検出データを収納する画素
データレジスタ群と、検出データから星像のセン
トロイド処理に必要なデータを抽出して収納する
セントロイドデータレジスタ群と、抽出されたデ
ータの信号レベルから星像の中心値を求めるため
の変換関数を有するセントロイド処理回路とを設
けるようにしたものである。
各光電変換画素単位の検出データを収納する画素
データレジスタ群と、検出データから星像のセン
トロイド処理に必要なデータを抽出して収納する
セントロイドデータレジスタ群と、抽出されたデ
ータの信号レベルから星像の中心値を求めるため
の変換関数を有するセントロイド処理回路とを設
けるようにしたものである。
〔作用〕
本発明においては、星の等級の変化などによる
検出画素データ数の増減の影響は無くなり、広い
範囲にデフオーカスした星像を必要としない。
検出画素データ数の増減の影響は無くなり、広い
範囲にデフオーカスした星像を必要としない。
第１図に本発明に係わる恒星センサの一実施例
を示す。星光ａは、光学レンズ１を介して、
CCD２の受光面に集光される。CCD２から出力
された星の画像データ（Hij、Vij、Sij）は、信号
処理回路３を介して、検出データDKとして出力
され、各々の位置データHij，Vijおよびレベルデ
ータSijが画素データレジスタ群１０に収納され
る。
を示す。星光ａは、光学レンズ１を介して、
CCD２の受光面に集光される。CCD２から出力
された星の画像データ（Hij、Vij、Sij）は、信号
処理回路３を介して、検出データDKとして出力
され、各々の位置データHij，Vijおよびレベルデ
ータSijが画素データレジスタ群１０に収納され
る。
次に、これらの検出データ（D1，D2、……、
DK、……、DK）の内、最大信号レベルの検出デ
ータＤ（Snax）を抽出すると共に、その検出デー
タを出力したPDに隣接したPDの検出データの
内、最大信号レベルの検出データＤ（Soext）を抽
出し、セントロイドデータレジスタ群１１に収納
する。この２つの検出データＤ（Snax）、Ｄ（Soext）
により、変換関数を有するセントロイド処理回路
１２から、その星のセントロイド・データｃ
（Hc、Vc、Sc）が出力される。
DK、……、DK）の内、最大信号レベルの検出デ
ータＤ（Snax）を抽出すると共に、その検出デー
タを出力したPDに隣接したPDの検出データの
内、最大信号レベルの検出データＤ（Soext）を抽
出し、セントロイドデータレジスタ群１１に収納
する。この２つの検出データＤ（Snax）、Ｄ（Soext）
により、変換関数を有するセントロイド処理回路
１２から、その星のセントロイド・データｃ
（Hc、Vc、Sc）が出力される。
このセントロイド処理の手順を第２図を用いて
説明する。第２図ａはCCDの受光面の拡大図で
あり、第２図ｂは星像が水平方向に動いた場合に
各PDが出力する信号レベルの例である。第２図
ａにおいて、１３は集光された星像である。第２
図ａにおいて、星像１３が位置データ（Ｉ，Ｊ）
のPDにある場合、その星像の中心点１４の水平
座標がＩ、垂直座標がＪであるとする。その座標
（Ｉ，Ｊ）に中心があるときの各PDの出力信号レ
ベルSij（Ｉ，Ｊ）、Si+1,j（Ｉ，Ｊ）およびSi-1,j（
Ｉ，
Ｊ）は、第２図ｂに示すように、点１５における
信号レベル、点１６における信号レベルおよび点
１７における信号レベルとなる。この場合、検出
データＤ（Snax）およびＤ（Soext）は、点１５にお
ける信号レベルSij（Ｉ，Ｊ）および点１６におけ
る信号レベルSi+1,j（Ｉ，Ｊ）となる。これは、信
号レベルSij（Ｉ，Ｊ）および信号レベルSi+1,j（Ｉ，
Ｊ）が得られれば、星像の中心（Ｉ，Ｊ）が求め
られることを示しており、この変換関数をセント
ロイド処理回路１２に設定しておくことで、高精
度のセントロイド・データｃ（Hc，Vc，Sc）が
容易に得られる。
説明する。第２図ａはCCDの受光面の拡大図で
あり、第２図ｂは星像が水平方向に動いた場合に
各PDが出力する信号レベルの例である。第２図
ａにおいて、１３は集光された星像である。第２
図ａにおいて、星像１３が位置データ（Ｉ，Ｊ）
のPDにある場合、その星像の中心点１４の水平
座標がＩ、垂直座標がＪであるとする。その座標
（Ｉ，Ｊ）に中心があるときの各PDの出力信号レ
ベルSij（Ｉ，Ｊ）、Si+1,j（Ｉ，Ｊ）およびSi-1,j（
Ｉ，
Ｊ）は、第２図ｂに示すように、点１５における
信号レベル、点１６における信号レベルおよび点
１７における信号レベルとなる。この場合、検出
データＤ（Snax）およびＤ（Soext）は、点１５にお
ける信号レベルSij（Ｉ，Ｊ）および点１６におけ
る信号レベルSi+1,j（Ｉ，Ｊ）となる。これは、信
号レベルSij（Ｉ，Ｊ）および信号レベルSi+1,j（Ｉ，
Ｊ）が得られれば、星像の中心（Ｉ，Ｊ）が求め
られることを示しており、この変換関数をセント
ロイド処理回路１２に設定しておくことで、高精
度のセントロイド・データｃ（Hc，Vc，Sc）が
容易に得られる。
以上説明したように本発明は、各光電変換画素
単位の検出データを収納し、検出データから星像
のセントロイド処理に必要なデータを抽出し、抽
出されたデータの信号レベルから変換関数により
星像の中心値を求めるようにすることにより、２
つの検出データのみを使用して星の像の位置検出
ができるので、等級の変化などによる検出データ
数の増減の影響がなくなり、また、従来の方式に
おけるような広い範囲にデフオーカスした星像を
必要としなくなり、星光のエネルギーを効率よく
使える効果がある。
単位の検出データを収納し、検出データから星像
のセントロイド処理に必要なデータを抽出し、抽
出されたデータの信号レベルから変換関数により
星像の中心値を求めるようにすることにより、２
つの検出データのみを使用して星の像の位置検出
ができるので、等級の変化などによる検出データ
数の増減の影響がなくなり、また、従来の方式に
おけるような広い範囲にデフオーカスした星像を
必要としなくなり、星光のエネルギーを効率よく
使える効果がある。
この結果、光学レンズの有効口径が小さくで
き、人工衛星などの飛翔体に搭載される機器の性
能の中で大きなウエイトを占める重量の軽減にも
大きく寄与することになる。
き、人工衛星などの飛翔体に搭載される機器の性
能の中で大きなウエイトを占める重量の軽減にも
大きく寄与することになる。
また、レンズの口径の減少は、レンズ系の特性
のうちのＦナンバーを大きくできるという効果を
生じ、その結果、先に述べた収差や歪が小さくな
るため、より高精度での位置検出が可能となる。
のうちのＦナンバーを大きくできるという効果を
生じ、その結果、先に述べた収差や歪が小さくな
るため、より高精度での位置検出が可能となる。
第１図は本発明に係わる恒星センサの一実施例
を示す系統図、第２図は本実施例を使用して位置
検出を行う方法を説明するための説明図、第３図
は従来の恒星センサを示す系統図、第４図は
CCDの光電変換画素の構成を示す構成図、第５
図はCCD受光面での星の光強度分布を示すグラ
フ、第６図は従来のセントロイド処理方式におけ
る検出画素データ数とセントロイドの精度との関
係を示すグラフである。 １……光学レンズ、２……CCD、３……信号
処理回路、１０……画像データレジスタ群、１１
……セントロイドデータレジスタ群、１２……セ
ントロイド処理回路。
を示す系統図、第２図は本実施例を使用して位置
検出を行う方法を説明するための説明図、第３図
は従来の恒星センサを示す系統図、第４図は
CCDの光電変換画素の構成を示す構成図、第５
図はCCD受光面での星の光強度分布を示すグラ
フ、第６図は従来のセントロイド処理方式におけ
る検出画素データ数とセントロイドの精度との関
係を示すグラフである。 １……光学レンズ、２……CCD、３……信号
処理回路、１０……画像データレジスタ群、１１
……セントロイドデータレジスタ群、１２……セ
ントロイド処理回路。
Claims (1)
- １ 固体撮像素子を用いて恒星の位置を検出する
恒星センサにおいて、各光電変換画素単位の検出
データを収納する画素データレジスタ群と、前記
検出データから星像のセントロイド処理に必要な
データを抽出して収納するセントロイドデータレ
ジスタ群と、前記抽出されたデータの信号レベル
から星像の中心値を求めるための変換関数を有す
るセントロイド処理回路とを備えたことを特徴と
する恒星センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226421A JPS6285816A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 恒星センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226421A JPS6285816A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 恒星センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6285816A JPS6285816A (ja) | 1987-04-20 |
| JPH0453364B2 true JPH0453364B2 (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=16844857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60226421A Granted JPS6285816A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 恒星センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6285816A (ja) |
-
1985
- 1985-10-11 JP JP60226421A patent/JPS6285816A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6285816A (ja) | 1987-04-20 |
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