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

【摘要】： 太陽(yáng)敏感器是航天姿態(tài)控制系統(tǒng)中的重要測(cè)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(duì)太陽(yáng)敏感器的基本要求。由于傳統(tǒng)的太陽(yáng)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(shí)序電路和電源模塊,使得太陽(yáng)敏感器的質(zhì)量、功耗難以進(jìn)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(guó)內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展了將高端CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)有源像素傳感器應(yīng)用于太陽(yáng)敏感器的探索。 本文提出了基于CMOS相機(jī)的數(shù)字式太陽(yáng)敏感器的設(shè)計(jì)方案,方案主要由PAL(Panoramic Annular Len,全景環(huán)形鏡頭)、CMOS相機(jī)模組以及FPGA(FieldProgrammable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)更大。 提出了基于全景環(huán)形鏡頭的太陽(yáng)敏感器的姿態(tài)測(cè)量原理,先根據(jù)“灰度門限法”對(duì)全景圖像進(jìn)行二值化,找到圖像的邊界點(diǎn),再運(yùn)用改進(jìn)的八鄰域邊界跟蹤算法找到滿足周長(zhǎng)的太陽(yáng)輪廓曲線,然后找到離探測(cè)器光敏面中心最遠(yuǎn)和最近的兩個(gè)點(diǎn),計(jì)算出太陽(yáng)相對(duì)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(jià)值。 本文詳細(xì)介紹了算法的分析設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)驗(yàn)證采用了內(nèi)嵌PowerPC405的Xilinx Virtex-ⅡPro器件,其中主要姿態(tài)測(cè)量算法通過(guò)PowerPC核軟件實(shí)現(xiàn),數(shù)值計(jì)算和存儲(chǔ)管理等采用FPGA可編程邏輯實(shí)現(xiàn)。另外,本文還在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用Matlab和Verilog HDL混合仿真的方法對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊和算法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,本文的設(shè)計(jì)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(yáng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：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(yáng)敏感器發(fā)展概況12-20
• 1.3.1 太陽(yáng)敏感器構(gòu)成12-13
• 1.3.2 各種太陽(yáng)敏感器工作原理與特點(diǎn)13-14
• 1.3.3 太陽(yáng)敏感器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.4 太陽(yáng)敏感器發(fā)展趨勢(shì)17-20
• 1.4 本文的背景和主要內(nèi)容20-22
• 2 基于CMOS相機(jī)的太陽(yáng)敏感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yáng)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(yáng)敏感器姿態(tài)測(cè)量原理28-32
• 2.4.1 全景環(huán)形鏡頭拍攝的太陽(yáng)圖像特點(diǎn)28-29
• 2.4.2 姿態(tài)測(cè)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(yáng)敏感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-46
• 3.1 太陽(yáng)敏感器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)框圖38-40
• 3.2 CMOS相機(jī)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)40-45
• 3.2.1 有效載荷系統(tǒng)介紹40-41
• 3.2.2 CMOS相機(jī)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)41-43
• 3.2.3 CMOS相機(jī)子系統(tǒng)性能43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 4 太陽(yáng)敏感器系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)46-67
• 4.1 FPGA具體實(shí)現(xiàn)46-48
• 4.2 SCCB Ctrl模塊的具體實(shí)現(xiàn)48-55
• 4.2.1 SCCB總線介紹48-50
• 4.2.2 重要寄存器說(shuō)明50-51
• 4.2.3 模塊實(shí)現(xiàn)51-55
• 4.2.4 仿真結(jié)果55
• 4.3 Image_Ctrl模塊的具體實(shí)現(xiàn)55-62
• 4.3.1 圖像傳感器輸出格式(YUV422)及時(shí)序分析56-57
• 4.3.2 重要寄存器說(shuō)明57-58
• 4.3.3 模塊實(shí)現(xiàn)58-62
• 4.3.4 仿真結(jié)果62
• 4.4 Edge_Detect模塊的具體實(shí)現(xiàn)62-66
• 4.4.1 模塊實(shí)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(yáng)敏感器系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)67-78
• 5.1 初始化68
• 5.2 圖像信號(hào)的采集68-70
• 5.3 圖像信號(hào)的處理70-74
• 5.4 方案驗(yàn)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(xiàn)80-82
• 作者簡(jiǎn)介82

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 單黎明;;太陽(yáng)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(qiáng);吳一帆;;基于FPGA的小型化太陽(yáng)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(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 陳宇睿;復(fù)雜環(huán)境下專用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)及驗(yàn)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(jì)[D];浙江大學(xué);2012年

3 蔣峰;太陽(yáng)方位檢測(cè)裝置的研究與實(shí)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(jī)的設(shè)計(jì)[D];長(zhǎng)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(jì)與優(yōu)化[D];浙江大學(xué);2013年

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

本文編號(hào)：286991