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專(zhuān)利名稱(chēng)：一種應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低功耗大視場(chǎng)的地球敏感器，應(yīng)用于微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地球敏感器是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)(ADCS)中一個(gè)重要的姿態(tài)測(cè)量器件，它通過(guò)確定地球中心在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中的矢量方向，進(jìn)而借助于坐標(biāo)變換得到衛(wèi)星在空間中的方位，即衛(wèi)星的姿態(tài)。根據(jù)前端探測(cè)器敏感光譜波段的不同，地球敏感器可分為紅外地球敏感器、可見(jiàn)光地球敏感器和紫外地球敏感器。
目前衛(wèi)星上大多數(shù)采用的是紅外地球敏感器和可見(jiàn)光地球敏感器。紅外地球敏感器根據(jù)工作方式的不同可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。動(dòng)態(tài)紅外地球敏感器又可根據(jù)掃描方式的不同分為圓錐掃描式和擺動(dòng)掃描式。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)紅外地球敏感器因包含有機(jī)械掃描裝置，故體積大、功耗高，另外掃描機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)會(huì)使敏感器產(chǎn)生振動(dòng)偏離，極大降低敏感器的測(cè)量精度。靜態(tài)紅外地球敏感器采用凝視型成像技術(shù)，不需要機(jī)械掃描裝置，其質(zhì)量、體積和功耗都小于動(dòng)態(tài)紅外地球敏感器，但由于其前端所使用紅外成像設(shè)備功耗往往較高(在數(shù)瓦的量級(jí))，仍然很難滿(mǎn)足微小衛(wèi)星對(duì)姿態(tài)敏感器低功耗的要求。可見(jiàn)光地球敏感器由于可以采用CMOS圖像傳感器來(lái)對(duì)地球成像，因而體積和功耗都可以做的很小，但是可見(jiàn)光地球敏感器只能工作在光照區(qū)。當(dāng)衛(wèi)星處于地球的陰影區(qū)域時(shí)，可見(jiàn)光地球敏感器將不能工作。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，該地球敏感器系統(tǒng)具有功耗低和可全天候工作的優(yōu)勢(shì)，非常適合應(yīng)用于微小衛(wèi)星上。
一種應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，包括:可見(jiàn)光采集模塊、紅外光采集模塊和后端信號(hào)處理電路；
所述后端信號(hào)處理電路根據(jù)衛(wèi)星所處光照條件交替采集所述可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊的圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理。
本發(fā)明中，當(dāng)所述的地球敏感器系統(tǒng)工作于光照區(qū)時(shí)，由可見(jiàn)光采集模塊采集可見(jiàn)光信號(hào)，當(dāng)所述的地球敏感器系統(tǒng)工作于地球的陰影區(qū)時(shí)，由紅外光采集模塊采集紅外光信號(hào)，因此，可以實(shí)現(xiàn)該地球敏感器系統(tǒng)的全天候工作；同時(shí)，后端信號(hào)處理電路可以根據(jù)光照條件使可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊交替工作，從而可以實(shí)現(xiàn)低功耗。
作為優(yōu)選,所述的可見(jiàn)光米集模塊由可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭和用于接收可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭的光信號(hào)并產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的CMOS圖像傳感器組成；
所述的紅外光采集模塊由紅外光學(xué)鏡頭和用于接收紅外光學(xué)鏡頭的紅外信號(hào)并產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的紅外熱像儀組成；
所述的可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭和紅外光學(xué)鏡頭為全景環(huán)形鏡頭。
本發(fā)明中，可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊均使用了全景環(huán)形鏡頭，與常規(guī)的光學(xué)系統(tǒng)相比，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)景深大，不用調(diào)焦就可看清視場(chǎng)內(nèi)無(wú)遮攔的物體或目標(biāo)，而且成像清晰；
(2)視場(chǎng)角大，視場(chǎng)角可達(dá)90° X360°。
作為優(yōu)選，所述的衛(wèi)星所處的光照條件通過(guò)所述的CMOS圖像傳感器接收到的光信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行判斷，當(dāng)CMOS圖像傳感器從可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭采集到的光信號(hào)的強(qiáng)度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，即可確定微小衛(wèi)星已經(jīng)進(jìn)入地球陰影區(qū)，打開(kāi)紅外光采集模塊使其處于工作狀態(tài)；當(dāng)CMOS圖像傳感器從可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭采集到的光信號(hào)的強(qiáng)度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，即可確定微小衛(wèi)星已經(jīng)進(jìn)入光照去，關(guān)閉紅外光采集模塊，由于紅外光采集模塊的功耗較高，此時(shí)可以很大程度上降低整套系統(tǒng)的功耗。由于不需要額外的傳感器，從而可以減小體積和重量。
作為優(yōu)選，所述的紅外熱像儀為非晶硅紅外微測(cè)輻射熱計(jì)，此時(shí)，可以進(jìn)一步降低紅外光采集模塊的功耗，克服了傳統(tǒng)紅外地球敏感器因功耗較高且需要制冷難以用于微小衛(wèi)星上的缺點(diǎn)。
作為優(yōu)選，所述的后端信號(hào)處理電路由圖像采集控制器、圖像存儲(chǔ)器、處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器組成；
所述的圖像采集控制器用于采集所述可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊的圖像數(shù)據(jù)，由CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)；
所述的圖像存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)所述的圖像采集控制器采集到的圖像數(shù)據(jù)；當(dāng)處理器需要進(jìn)行圖像處理時(shí)，圖像數(shù)據(jù)將會(huì)被從圖像存存儲(chǔ)器中讀出，圖像存儲(chǔ)器由SRAM實(shí)現(xiàn)，與CPLD連接在一起，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，在該套系統(tǒng)中SRAM —共有兩塊；
所述的處理器用于讀出圖像存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像處理；所述的處理器是整個(gè)后端信號(hào)處理電路的核心，處理器由DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)DSP得到衛(wèi)星當(dāng)前的姿態(tài)信息后，DSP通過(guò)SPI 口將衛(wèi)星的姿態(tài)信息發(fā)送給星務(wù)計(jì)算機(jī)；另外DSP也完成了對(duì)CMOS圖像傳感器的配置工作，并控制CPLD是否開(kāi)始采集圖像數(shù)據(jù)，DSP通過(guò)EMA 口與CPLD相連接；
所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于臨時(shí)存儲(chǔ)所述處理器進(jìn)行圖像處理時(shí)產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可由SDRAM來(lái)實(shí)現(xiàn)，SDRAM接在DSP的EMB 口上；
所述的程序存儲(chǔ)器用于固化所述處理器中的程序代碼和存儲(chǔ)系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù)；程序存儲(chǔ)器可由FLASH來(lái)實(shí)現(xiàn)，接在DSP的EMA 口上。
所述的CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀接在CPLD的通過(guò)10 口上。
所述的可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊的工作流程可表述為:DSP完成對(duì)CMOS圖像傳感器或紅外熱像儀的配置后，并向CPLD發(fā)送開(kāi)始工作命令。此時(shí)CPLD不斷采集CMOS圖像傳感器或紅外熱像儀輸出的圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入SRAM中。當(dāng)DSP開(kāi)始圖像處理時(shí)，DSP通過(guò)CPLD將一幀圖像數(shù)據(jù)從SRAM中搬出，并存入SDRAM中，隨后DSP開(kāi)始圖像處理。在得到衛(wèi)星的姿態(tài)信息后，DSP通過(guò)SPI 口將衛(wèi)星的姿態(tài)信息傳遞給星務(wù)計(jì)算機(jī)，并開(kāi)始下一幀圖像處理。當(dāng)DSP在進(jìn)行圖像處理的過(guò)程中，CPLD—直在進(jìn)行圖像的采集和存儲(chǔ)。在該套信號(hào)處理電路中，圖像采集和圖像處理是獨(dú)立的，可同時(shí)進(jìn)行的。
作為優(yōu)選，所述的處理器在進(jìn)行圖像處理時(shí)，首先定位地球像的圓心位置，再解算出衛(wèi)星當(dāng)前的姿態(tài)信息。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，定位地球像的圓心位置包括圓心捕獲和圓心精確定位兩個(gè)步驟。一旦完成地球中心的捕獲，在后續(xù)計(jì)算中可以將上一次找出地球像的圓心位置，當(dāng)做本次圖像處理中地球像的粗略圓心位置，據(jù)此排除干擾點(diǎn)后，再利用精確定位算法快速找出本次地球像的精確圓心位置。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的圓心捕獲中，使用Hough變換找出地球圓心的粗略位置；
所述的圓心精確定位的方法為最小二乘法。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
(I)本發(fā)明中當(dāng)衛(wèi)星處于陰影區(qū)時(shí)，紅外光采集模塊工作，可見(jiàn)光采集模塊關(guān)閉，而當(dāng)衛(wèi)星處于光照區(qū)時(shí)可見(jiàn)光采集模塊工作而紅外光采集模塊關(guān)閉；由于紅外光采集模塊的功耗往往較高，關(guān)閉紅外光采集模塊，可以很大程度上降低整套系統(tǒng)的功耗。同時(shí)，避免紅外光采集模塊連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，可極大地延長(zhǎng)了紅外光采集模塊的工作壽命。
( 2 )本發(fā)明中，使用了新型的紅外熱像儀極大降低了紅外光采集模塊的功耗，克服了傳統(tǒng)紅外地球敏感器因功耗較高且需要制冷難以用于微小衛(wèi)星上的缺點(diǎn)。
(3)本發(fā)明中，后端處理電路設(shè)計(jì)時(shí)，將圖像的采集和圖像處理模塊分開(kāi)。CPLD負(fù)責(zé)圖像的采集，而DSP負(fù)責(zé)圖像處理；圖像處理和圖像采集可以同時(shí)進(jìn)行，這在很大程度上提高了地球敏感器進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)測(cè)量的速度。
(4)本發(fā)明中，在進(jìn)行圖像處理，定位地球像的圓心位置時(shí)，采用了基于先驗(yàn)信息的圓心定位方法。整個(gè)定位圓心的過(guò)程分為兩個(gè)步驟:(I)粗定位；(2)細(xì)定位。在粗定位中，使用Hough變換找出地球圓心的粗略位置，在細(xì)定位中使用最小二乘法精確定位圓心。一旦完成地球中心的捕獲，在后續(xù)計(jì)算中可以將上一次找出地球像的圓心位置，當(dāng)做本次圖像處理中地球像的粗略圓心位置，據(jù)此排除干擾點(diǎn)后，再利用最小二乘法，快速找出本次地球像的精確圓心位置。


圖1是本發(fā)明的可見(jiàn)地球敏感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖2是本發(fā)明中全景環(huán)形鏡頭的原理示意圖3是本發(fā)明中的數(shù)字信號(hào)處理電路框圖4是本發(fā)明中的圖像畸變修復(fù)示意圖5是本發(fā)明中的地球敏感器詳細(xì)工作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例和附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。
如圖1所示，地球敏感器系統(tǒng)包括:光學(xué)鏡頭、成像系統(tǒng)和后端信號(hào)處理電路，其中，光學(xué)鏡頭包括可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭和紅外光學(xué)鏡頭，都使用全景環(huán)形鏡頭，用于增大視場(chǎng)角。成像系統(tǒng)包括CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀，主要用于對(duì)地球進(jìn)行成像，而后端信號(hào)處理電路用于采集成像系統(tǒng)輸出的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像處理進(jìn)而計(jì)算出衛(wèi)星當(dāng)前的姿態(tài)信肩、O
上述的光學(xué)鏡頭采用了全景環(huán)形鏡頭(PAL)，其基于“平面圓柱投影”(FCP)方法，工作原理如圖2所示。與傳統(tǒng)光學(xué)的中心投影法不同，全景環(huán)形鏡頭也就是說(shuō)，它假定了環(huán)繞觀察者的空間幾何結(jié)構(gòu)是圓柱形的，這個(gè)圓柱的半徑和瞭望距離相等，一個(gè)全景的像可以顯示出這個(gè)虛擬的圓柱的柱壁。這樣，把像的投影轉(zhuǎn)換到一個(gè)與圓柱的軸垂直的平面上，就形成了一個(gè)3D的全景環(huán)形像。像中的點(diǎn)和實(shí)際的點(diǎn)是1:1的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖2所示，在平面圓柱投影法中，能夠成像的部分是α角的兩條邊繞光軸ζ旋轉(zhuǎn)360°后所形成的三維立體區(qū)域。這一區(qū)域被投影到二維像平面上的一個(gè)圓環(huán)內(nèi)，這個(gè)圓環(huán)就是環(huán)形成像平面2。而錐角2β角的兩邊繞ζ軸旋轉(zhuǎn)360°后所形成的圓錐區(qū)域是不能成像的，這一區(qū)域在二維平面上對(duì)應(yīng)內(nèi)徑以?xún)?nèi)的圓形盲區(qū)I。顯然，增大α并減小β可以增大成像視場(chǎng)，但是這兩個(gè)參數(shù)值受到現(xiàn)有玻璃的折射系數(shù)的限制。環(huán)形FCP像的寬度對(duì)應(yīng)著所能得到的α的值，像面上的每一個(gè)同心圓是與光軸成同一角度的點(diǎn)的軌跡。環(huán)形透鏡產(chǎn)生的環(huán)形像的寬度對(duì)應(yīng)于側(cè)向視場(chǎng)范圍，而像上的同心圓上的點(diǎn)相對(duì)光軸有著相同的傾斜角。全景環(huán)形鏡頭在成像上雖然存在一個(gè)盲區(qū)1，但是由于地球是一個(gè)很大的球體，所以中心的盲區(qū)不會(huì)對(duì)地球敏感器正常工作產(chǎn)生影響。
成像系統(tǒng)是整個(gè)地球敏感器中非常關(guān)鍵的部分。傳統(tǒng)的地球敏感器系統(tǒng)難以應(yīng)用于微小衛(wèi)星上的主要原因就是因?yàn)槌上裣到y(tǒng)所需要的功耗太高。為了克服這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明中，可見(jiàn)光采集模塊使用了 CMOS圖像傳感器，而紅外光采集模塊使用了紅外熱像儀。CMOS圖像傳感器正常工作時(shí)功耗可低到0.2W水平，而紅外熱像儀正常工作時(shí)功耗也僅為0.6W左右，二者的功耗都很低。CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀的配置簡(jiǎn)單，并可直接輸出數(shù)字信號(hào)，可直接與后端信號(hào)處理電路相連，中間不需要任何的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。
后端信號(hào)處理電路主要是采集圖像數(shù)據(jù)和進(jìn)行圖像處理。該數(shù)后端信號(hào)處理電路的組成框圖如圖3所示，主要由圖像采集控制器、圖像存儲(chǔ)器、處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器組成。本實(shí)施例中CPLD作為圖像采集控制器，SRAM作為圖像存儲(chǔ)器，DSP作為核心處理器，SDRAM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，F(xiàn)LASH作為程序存儲(chǔ)器。CPLD的主要功能是采集CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀輸出的圖像數(shù)據(jù)，并且將圖像數(shù)據(jù)存進(jìn)SRAM中，當(dāng)DSP需要進(jìn)行圖像處理時(shí)，CPLD將圖像數(shù)據(jù)從SRAM中讀出，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP。CPLD在采集圖像數(shù)據(jù)時(shí)，主要通過(guò)檢測(cè)CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀提供的像素時(shí)鐘信號(hào)、行同步信號(hào)和幀同步信號(hào)來(lái)采集數(shù)據(jù)。作為圖像存儲(chǔ)器，SRAM共有兩塊，直接連接在CPLD的通用10上。CPLD在采集圖像數(shù)據(jù)時(shí)，交替將圖像數(shù)據(jù)寫(xiě)到這兩塊SRAM中。DSP是整個(gè)后端信號(hào)處理電路的核心器件。DSP完成了對(duì)CMOS圖像傳感器的配置工作，并控制CPLD是否開(kāi)始采集CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀輸出的圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)DSP要進(jìn)行圖像處理時(shí)，DSP會(huì)通過(guò)EMA 口，經(jīng)CPLD將圖像數(shù)據(jù)從SRAM中讀出，存進(jìn)SDRAM中。隨后DSP開(kāi)始圖像處理，定位地球像的中心位置，進(jìn)而解算處衛(wèi)星當(dāng)前的姿態(tài)信息，并通過(guò)SPI 口將衛(wèi)星的姿態(tài)信息傳遞給星務(wù)計(jì)算機(jī)。DSP在進(jìn)行圖像處理的過(guò)程中，全部的中間數(shù)據(jù)都保存至SDRAM中，SDRAM連接在DSP的EMB 口。FLASH連接在DSP的EMA 口，主要是存儲(chǔ)了 DSP運(yùn)行的程序代碼。
DSP執(zhí)行圖像處理算法的步驟如下所示:
第一步:邊緣提取。要想定位地球像的中心位置，首先要確定地球像的邊緣信息，該系統(tǒng)使用了 Sobel算子來(lái)提取地球像的邊緣點(diǎn)。Sobel算子是根據(jù)像素灰度變化在邊緣點(diǎn)處達(dá)到最大值這一原理進(jìn)行邊緣檢測(cè)。
第二步:邊緣細(xì)化。由于地球周?chē)嬖诖髿鈱?，?huì)對(duì)光線(xiàn)產(chǎn)生一定的散射作用，造成拍攝到的地球像的邊緣是模糊，提取到的地球邊緣也是有一定的寬度，故要進(jìn)行邊緣細(xì)化。本發(fā)明中的邊緣細(xì)化方案為:對(duì)已利用Sobel算子得到的原圖像邊緣圖再次進(jìn)行邊界提取，這樣我們就會(huì)得到邊緣圖的邊界。
第三步:畸變修復(fù)。使用全景鏡頭后，地球像產(chǎn)生了畸變，地球的邊緣已不再為標(biāo)準(zhǔn)的圓弧，我們將地球像的邊緣點(diǎn)轉(zhuǎn)化到半球面上，從而對(duì)圖像進(jìn)行畸變修復(fù)。其修復(fù)思想為:已知全景環(huán)形鏡頭(PAL)是基于柱面坐標(biāo)進(jìn)行成像的，如果將邊緣圖上每一個(gè)邊界點(diǎn)轉(zhuǎn)換到半徑為R (可任意設(shè)定)的球面上，那么圓形的邊界仍將是標(biāo)準(zhǔn)的圓弧，圖4是本發(fā)明中的圖像畸變修復(fù)示意圖。
第四步:使用三維Hough變換定位地球像的圓心粗略位置。地球像的邊緣點(diǎn)在球面上所形成的圓弧，可看做是一個(gè)空間平面與該球面的交線(xiàn)，該平面的法向量與球心O和地球像的圓心在球面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的連線(xiàn)平行，因此只要知道平面的表達(dá)式，就可以確定地球像的圓心在球面坐標(biāo)上的位置，進(jìn)而得出地球像圓心在全景圖片中的位置。求地球像的圓心問(wèn)題轉(zhuǎn)為求空間平面表達(dá)式的問(wèn)題。
第五步:刪除干擾點(diǎn)。地球像的邊緣點(diǎn)到地球中心點(diǎn)的距離d是相等，且這個(gè)距離也是固定不變的。當(dāng)球面上的邊緣點(diǎn)到中心點(diǎn)的距離滿(mǎn)足約束條件時(shí)，該邊緣點(diǎn)即為地球像的真實(shí)邊緣點(diǎn)。其余邊緣點(diǎn)可以看成是噪聲點(diǎn)，據(jù)此我們就可以剔除那些干擾點(diǎn)。
第六步:最小二乘法求取地球圖像的精確圓心坐標(biāo)。
第七步:當(dāng)要求取下一幀圖像中地球像的中心坐標(biāo)時(shí)，可把上一陣圖像中地球像的中心坐標(biāo)位置，當(dāng)做本幀圖像中地球像的粗略中心坐標(biāo)位置。重復(fù)步驟五和六即可。
該地球敏感器的工作流程如圖5所示，其具體步驟如下:
第一步:系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化包括了 DSP內(nèi)部模塊的初始化和對(duì)CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀的配置。DSP內(nèi)部模塊的初始化主要有EMIFA、EMIFB、系統(tǒng)電源模塊和內(nèi)部時(shí)鐘PLL模塊的初始化。CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀的配置主要是通過(guò)DSP的兩個(gè)GPIO 口來(lái)模擬SCCB總線(xiàn)進(jìn)而對(duì)CMOS圖像傳感器和紅外熱像儀內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置。
第二步:當(dāng)DSP收到星務(wù)計(jì)算機(jī)發(fā)送的地球敏感器開(kāi)始工作的指令后，DSP控制CPLD開(kāi)始采集圖像。當(dāng)CPLD采集完一幀圖像后，給DSP發(fā)送一個(gè)開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)的命令。
第三步:DSP通過(guò)EMA 口將一幀圖像數(shù)據(jù)讀出并存入SDRAM中
第四步:DSP進(jìn)行圖像處理，找出地球像的中心位置，計(jì)算出衛(wèi)星當(dāng)前的姿態(tài)角，并通過(guò)SPI 口將姿態(tài)角信息傳遞給星務(wù)計(jì)算機(jī)。完成第四步后繼續(xù)開(kāi)始執(zhí)行第三步。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，包括:可見(jiàn)光采集模塊、紅外光采集模塊和后端信號(hào)處理電路； 所述后端信號(hào)處理電路根據(jù)衛(wèi)星所處光照條件交替采集所述可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊的圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的可見(jiàn)光采集模塊由可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭和用于接收可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭的光信號(hào)并產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的CMOS圖像傳感器組成； 所述的紅外光采集模塊由紅外光學(xué)鏡頭和用于接收紅外光學(xué)鏡頭的紅外信號(hào)并產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的紅外熱像儀組成； 所述的可見(jiàn)光光學(xué)鏡頭和紅外光學(xué)鏡頭為全景環(huán)形鏡頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的衛(wèi)星所處的光照條件通過(guò)所述的CMOS圖像傳感器接收到的光信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行判斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的紅外熱像儀為非晶硅紅外微測(cè)輻射熱計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的后端信號(hào)處理電路由圖像采集控制器、圖像存儲(chǔ)器、處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器組成； 所述的圖像采集控制器用于采集所述可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊的圖像數(shù)據(jù)； 所述的圖像存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)所述的圖像采集控制器采集到的圖像數(shù)據(jù)； 所述的處理器用于讀出圖像存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像處理； 所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于臨時(shí)存儲(chǔ)所述處理器進(jìn)行圖像處理時(shí)產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)； 所述的程序存儲(chǔ)器用于固化所述處理器中的程序代碼和存儲(chǔ)系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器在進(jìn)行圖像處理時(shí)，首先定位地球像的圓心位置，再解算出衛(wèi)星當(dāng)前的姿態(tài)信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，定位地球像的圓心位置包括圓心捕獲和圓心精確定位兩個(gè)步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的圓心捕獲中，使用Hough變換找出地球圓心的粗略位置； 所述的圓心精確定位的方法為最小二乘法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，一種應(yīng)用于微小衛(wèi)星的大視場(chǎng)低功耗的地球敏感器系統(tǒng)，包括可見(jiàn)光采集模塊、紅外光采集模塊和后端信號(hào)處理電路；所述后端信號(hào)處理電路根據(jù)衛(wèi)星所處光照條件交替采集所述可見(jiàn)光采集模塊和紅外光采集模塊的圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理?？梢?jiàn)光地球敏感器和紅外地球敏感器均使用了全景環(huán)形鏡頭，實(shí)現(xiàn)了360°大視場(chǎng)成像。該地球敏感器系統(tǒng)使用了功耗極低的CMOS圖像傳感器和非制冷紅外熱像儀來(lái)對(duì)地球進(jìn)行成像，最終極大地降低系統(tǒng)的總體功耗。
文檔編號(hào)G01C21/02GK103175527SQ20131007419
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者金仲和, 王昊, 郭振東, 白劍, 蒙濤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)