CMOS星敏感器硬件系統(tǒng)設(shè)計
發(fā)布時間：2021-01-25 06:55
星敏感器是天文導(dǎo)航系統(tǒng)的主要設(shè)備,是一種高精度、高可靠性的姿態(tài)測量部件。隨著天文導(dǎo)航技術(shù)不斷進(jìn)步,星敏感器的硬件和軟件技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,尤其基于CMOS的星敏感器以其體積小、重量輕、精度高的特點成為近年來各國航天技術(shù)的發(fā)展熱點。論文首先介紹了星敏感器的基本原理,并比較了CCD傳感器和CMOS傳感器的基本特點,為系統(tǒng)的研究工作提供了理論依據(jù)。論文接著深入分析了系統(tǒng)的核心部件CMOS圖像敏感器STAR250的性能特點,并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合系統(tǒng)的應(yīng)用要求,完成了一種高精度,低成本,低功耗的CMOS星敏感器的硬件設(shè)計。本論文研究的重點在FPGA邏輯的設(shè)計,包括四個部分的工作:設(shè)計了合理的時序驅(qū)動電路滿足了STAR250傳感器的時序要求;設(shè)計了一種簡單有效的異步參數(shù)寄存器電路,有效防止了亞穩(wěn)態(tài)的發(fā)生;設(shè)計了可靠的異步FIFO外圍電路,保證了星圖數(shù)據(jù)的傳輸;研究了星體目標(biāo)亞像素質(zhì)心定位算法的硬件實現(xiàn)。實驗及結(jié)果分析表明,該系統(tǒng)能實現(xiàn)采全圖和采分割圖的工作方式,具有增益、積分時間、閾值等參數(shù)的調(diào)整功能,能夠滿足衛(wèi)星上的姿態(tài)測量要求,是一種低成本、功耗低、處理速度快的高新能CMOS星敏感器硬件系統(tǒng)設(shè)...
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
STAR250的電氣符號
口的起始位置，從而快速對敏感器陣列的某一部分采樣。AR250 的每個像素包括了 4 個光電二極管和三個晶體管（見圖 3.5）。管并聯(lián)接在 Reset 晶體管上（T1），晶體管 T2 把積累在光電二極管 轉(zhuǎn)化成電壓信號，再把這個電壓信號通過 T3 管傳遞到列總線上去。d”作為晶體管的開關(guān)控制信號，分別接在兩個 Y 移位寄存器上。這兩在像素陣列的兩邊，采用獨熱碼（One-Hot Encoding）設(shè)計 YL（ther）和 YR（the reset registe）移位寄存器，在同一時間內(nèi)每個寄存器允素。個像素點的輸出都連接到列總線上，列總線又會把像素的信號傳遞到。片內(nèi)集成了雙采樣技術(shù)，放大器可以把采集的數(shù)據(jù)減去該像素點的而得到該點的真實感應(yīng)灰度。放大器輸出的信號還將經(jīng)過一個可控的輸出放大器放大輸出。放大器通過一個黑背景參考完成。輸出放大器輸出的模擬信號就是結(jié)果數(shù)據(jù)
圖 3.5 STAR250 像素構(gòu)成圖像定義維數(shù)和最終圖片格式之間的關(guān)系。 3.6 圖像上坐標(biāo)系 圖 3.7 物理晶片上坐標(biāo)對原點（0,0）定義。圖 3.6 顯示了映射在圖像的坐標(biāo)系。傳統(tǒng)的計算機(jī)或打印機(jī)的圖像坐標(biāo)AR250 中定義右上角為原點。這樣敏感器輸出
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]內(nèi)嵌ARM核的FPGA技術(shù)在星敏感器中的應(yīng)用[J]. 尹娜,江潔,張廣軍. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2005(03)
[2]基于Gray碼的異步FIFO接口技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 汪東,馬劍武,陳書明. 計算機(jī)工程與科學(xué). 2005(01)
[3]基于CMOS APS的星敏感器光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)確定[J]. 董瑛,邢飛,尤政. 宇航學(xué)報. 2004(06)
[4]面向星敏感器的星模式識別算法[J]. 朱長征,沈振康. 中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2004(01)
[5]星敏感器中星圖圖像的星體細(xì)分定位方法研究[J]. 魏新國,張廣軍,江潔. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2003(09)
[6]一種圖像分割的目標(biāo)描述方法及實現(xiàn)[J]. 張新宇,劉廣智,李建勛,敬忠良. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2003(02)
[7]CMOS圖像傳感器在空間技術(shù)中的應(yīng)用[J]. 尤政,李濤. 光學(xué)技術(shù). 2002(01)
[8]基于PGA的全天自主星圖識別算法研究[J]. 李立宏,宋申民,張福恩. 控制與決策. 2000(06)
[9]適用于星敏感器的星圖識別方法[J]. 陳元枝,郝志航. 光電工程. 2000(05)
[10]新型小衛(wèi)星姿態(tài)控制技術(shù)[J]. 魏秋明,袁家虎,張秉華,李展. 空間電子技術(shù). 1999(03)
本文編號：2998790
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
STAR250的電氣符號
口的起始位置，從而快速對敏感器陣列的某一部分采樣。AR250 的每個像素包括了 4 個光電二極管和三個晶體管（見圖 3.5）。管并聯(lián)接在 Reset 晶體管上（T1），晶體管 T2 把積累在光電二極管 轉(zhuǎn)化成電壓信號，再把這個電壓信號通過 T3 管傳遞到列總線上去。d”作為晶體管的開關(guān)控制信號，分別接在兩個 Y 移位寄存器上。這兩在像素陣列的兩邊，采用獨熱碼（One-Hot Encoding）設(shè)計 YL（ther）和 YR（the reset registe）移位寄存器，在同一時間內(nèi)每個寄存器允素。個像素點的輸出都連接到列總線上，列總線又會把像素的信號傳遞到。片內(nèi)集成了雙采樣技術(shù)，放大器可以把采集的數(shù)據(jù)減去該像素點的而得到該點的真實感應(yīng)灰度。放大器輸出的信號還將經(jīng)過一個可控的輸出放大器放大輸出。放大器通過一個黑背景參考完成。輸出放大器輸出的模擬信號就是結(jié)果數(shù)據(jù)
圖 3.5 STAR250 像素構(gòu)成圖像定義維數(shù)和最終圖片格式之間的關(guān)系。 3.6 圖像上坐標(biāo)系 圖 3.7 物理晶片上坐標(biāo)對原點（0,0）定義。圖 3.6 顯示了映射在圖像的坐標(biāo)系。傳統(tǒng)的計算機(jī)或打印機(jī)的圖像坐標(biāo)AR250 中定義右上角為原點。這樣敏感器輸出
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]內(nèi)嵌ARM核的FPGA技術(shù)在星敏感器中的應(yīng)用[J]. 尹娜,江潔,張廣軍. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2005(03)
[2]基于Gray碼的異步FIFO接口技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 汪東,馬劍武,陳書明. 計算機(jī)工程與科學(xué). 2005(01)
[3]基于CMOS APS的星敏感器光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)確定[J]. 董瑛,邢飛,尤政. 宇航學(xué)報. 2004(06)
[4]面向星敏感器的星模式識別算法[J]. 朱長征,沈振康. 中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2004(01)
[5]星敏感器中星圖圖像的星體細(xì)分定位方法研究[J]. 魏新國,張廣軍,江潔. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2003(09)
[6]一種圖像分割的目標(biāo)描述方法及實現(xiàn)[J]. 張新宇,劉廣智,李建勛,敬忠良. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2003(02)
[7]CMOS圖像傳感器在空間技術(shù)中的應(yīng)用[J]. 尤政,李濤. 光學(xué)技術(shù). 2002(01)
[8]基于PGA的全天自主星圖識別算法研究[J]. 李立宏,宋申民,張福恩. 控制與決策. 2000(06)
[9]適用于星敏感器的星圖識別方法[J]. 陳元枝,郝志航. 光電工程. 2000(05)
[10]新型小衛(wèi)星姿態(tài)控制技術(shù)[J]. 魏秋明,袁家虎,張秉華,李展. 空間電子技術(shù). 1999(03)
本文編號：2998790
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