本文關(guān)鍵詞：基于CMOS相機的微衛(wèi)星數(shù)字式太陽敏感器研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 太陽敏感器是航天姿態(tài)控制系統(tǒng)中的重要測量部件,是在航天領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一類敏感器。低功耗、輕質(zhì)量以及高精度是對太陽敏感器的基本要求。由于傳統(tǒng)的太陽敏感器采用CCD(Charge Coupled Device,電荷耦合器件)作為圖像傳感器,需要復(fù)雜的外圍時序電路和電源模塊,使得太陽敏感器的質(zhì)量、功耗難以進一步降低。隨著衛(wèi)星向著微小型、甚至納衛(wèi)星皮衛(wèi)星方向的發(fā)展,國內(nèi)外許多科研機構(gòu)開展了將高端CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補型金屬氧化物半導(dǎo)體)有源像素傳感器應(yīng)用于太陽敏感器的探索。 本文提出了基于CMOS相機的數(shù)字式太陽敏感器的設(shè)計方案,方案主要由PAL(Panoramic Annular Len,全景環(huán)形鏡頭)、CMOS相機模組以及FPGA(FieldProgrammable Gate Array,現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)組成。其中浙江大學(xué)自行研制的全景環(huán)形光學(xué)鏡頭可在360°內(nèi)一次凝視成像,具有景深大、圖像處理全景化等特性,比一般鏡頭的視場更大。 提出了基于全景環(huán)形鏡頭的太陽敏感器的姿態(tài)測量原理,先根據(jù)“灰度門限法”對全景圖像進行二值化,找到圖像的邊界點,再運用改進的八鄰域邊界跟蹤算法找到滿足周長的太陽輪廓曲線,然后找到離探測器光敏面中心最遠和最近的兩個點,計算出太陽相對于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的位置。該算法能有效去除噪聲和不封閉曲線,具有一定的應(yīng)用價值。 本文詳細介紹了算法的分析設(shè)計過程,以及基于特定FPGA芯片的SoC(System on Chip,片上系統(tǒng))體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法。系統(tǒng)驗證采用了內(nèi)嵌PowerPC405的Xilinx Virtex-ⅡPro器件,其中主要姿態(tài)測量算法通過PowerPC核軟件實現(xiàn),數(shù)值計算和存儲管理等采用FPGA可編程邏輯實現(xiàn)。另外,本文還在設(shè)計開發(fā)過程中使用Matlab和Verilog HDL混合仿真的方法對系統(tǒng)的設(shè)計模塊和算法進行了驗證。結(jié)果表明,本文的設(shè)計方案滿足小型化、低功耗等微小衛(wèi)星應(yīng)用需求。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字式太陽敏感器 CMOS圖像傳感器 全景環(huán)形鏡頭 PowerPC核 邊界跟蹤
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：V448.222
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目次8-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 課題研究的目的及意義11
• 1.2 微小衛(wèi)星發(fā)展概況11-12
• 1.3 太陽敏感器發(fā)展概況12-20
• 1.3.1 太陽敏感器構(gòu)成12-13
• 1.3.2 各種太陽敏感器工作原理與特點13-14
• 1.3.3 太陽敏感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.4 太陽敏感器發(fā)展趨勢17-20
• 1.4 本文的背景和主要內(nèi)容20-22
• 2 基于CMOS相機的太陽敏感器系統(tǒng)的設(shè)計理論22-33
• 2.1 圖像處理相關(guān)概念22-24
• 2.2 數(shù)字式太陽敏感器基本原理24-25
• 2.3 全景環(huán)形鏡頭介紹25-28
• 2.4 基于全景環(huán)形鏡頭的太陽敏感器姿態(tài)測量原理28-32
• 2.4.1 全景環(huán)形鏡頭拍攝的太陽圖像特點28-29
• 2.4.2 姿態(tài)測量原理29-31
• 2.4.3 系統(tǒng)需求31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 3 太陽敏感器系統(tǒng)設(shè)計33-46
• 3.1 太陽敏感器系統(tǒng)總體設(shè)計33-40
• 3.1.1 功能需求分析33-34
• 3.1.2 器件選擇34-38
• 3.1.3 系統(tǒng)實現(xiàn)框圖38-40
• 3.2 CMOS相機子系統(tǒng)設(shè)計40-45
• 3.2.1 有效載荷系統(tǒng)介紹40-41
• 3.2.2 CMOS相機子系統(tǒng)設(shè)計41-43
• 3.2.3 CMOS相機子系統(tǒng)性能43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 4 太陽敏感器系統(tǒng)硬件實現(xiàn)46-67
• 4.1 FPGA具體實現(xiàn)46-48
• 4.2 SCCB Ctrl模塊的具體實現(xiàn)48-55
• 4.2.1 SCCB總線介紹48-50
• 4.2.2 重要寄存器說明50-51
• 4.2.3 模塊實現(xiàn)51-55
• 4.2.4 仿真結(jié)果55
• 4.3 Image_Ctrl模塊的具體實現(xiàn)55-62
• 4.3.1 圖像傳感器輸出格式(YUV422)及時序分析56-57
• 4.3.2 重要寄存器說明57-58
• 4.3.3 模塊實現(xiàn)58-62
• 4.3.4 仿真結(jié)果62
• 4.4 Edge_Detect模塊的具體實現(xiàn)62-66
• 4.4.1 模塊實現(xiàn)62-65
• 4.4.2 仿真結(jié)果65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 5 太陽敏感器系統(tǒng)軟件實現(xiàn)67-78
• 5.1 初始化68
• 5.2 圖像信號的采集68-70
• 5.3 圖像信號的處理70-74
• 5.4 方案驗證及結(jié)果分析74-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 6 結(jié)論78-80
• 參考文獻80-82
• 作者簡介82

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 單黎明;;太陽跟蹤定位技術(shù)及其應(yīng)用研究[J];空間控制技術(shù)與應(yīng)用;2012年03期

2 施蕾;周凱;張建福;孫強;吳一帆;;基于FPGA的小型化太陽敏感器圖像采集與處理方法[J];空間控制技術(shù)與應(yīng)用;2012年04期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 陳宇睿;復(fù)雜環(huán)境下專用計算機的設(shè)計及驗證[D];浙江大學(xué);2012年

2 蔡波;皮衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)傳感器模塊化設(shè)計[D];浙江大學(xué);2012年

3 蔣峰;太陽方位檢測裝置的研究與實現(xiàn)[D];太原科技大學(xué);2012年

4 楊尚;瞄準(zhǔn)線獲取裝置中CMOS相機的設(shè)計[D];長春理工大學(xué);2012年

5 郭振東;應(yīng)用于微小衛(wèi)星的地球敏感器設(shè)計與優(yōu)化[D];浙江大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：基于CMOS相機的微衛(wèi)星數(shù)字式太陽敏感器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：286991