استشعار نجوم الأكثر حساسية من كل الدقة والحد الأدنى من الانحراف، هو مهم في نظام تحديد المركبة الفضائية الموقف. كما استشعار نجمة باستخدام جهاز استشعار CMOS هو بالفعل الآن الاتجاه السائد، واستشعار نجم التكنولوجيا المتقدمة المحلية والأجنبية هناك فجوة كبيرة بين الاستخدام المحلي للجهاز، مع حقوق الملكية الفكرية المستقلة التصغير أصبح استشعار نجوم شيك. أخذ رقاقة التوطين السيطرة SOPC وCMOS APS تصميم أجهزة الاستشعار نجمة رقاقة، ونظم البصرية والكهربائية من أجل تصميم الدراسة.

1 نجمة تصميم أجهزة الاستشعار

نظام استشعار نجوم غطاء محرك السيارة، عدسة بصرية، رقاقة الاستشعار والدائرة المحيطية، ومعالج البيانات ونظام تحكم حاسوبي، مما كتلة الرسم البياني هو مبين في الشكل 1.

1.1 تصميم النظام البصري

CMOS APS أجهزة الاستشعار المستخدمة هنا هي B1XXX المحلية النموذج، وظائف الدائرة والمؤشرات والمعلمات، وحزمة، والأكثر شيوعا التعاريف دبوس هي متوافقة STAR1000 الولايات المتحدة المنتجات السرو، التي المعلمات في الجدول 1.

سوف تختلف المعلمات نظام الاستشعار نجمة البصرية وفقا لبيئة التطبيق، والتي يتم تحديدها أساسا عن طريق ما يلي: حجم بكسل، وخصائص الاستجابة الطيفية من أجهزة الاستشعار، كشف أقصى المطلوب حجم. تحديد معالم النظام البصري يتطلب البعد البؤري للعدسة، والمدى الطيفي، منتشر حجم بقعة الضوء من خلال الفتحة، وبالتالي فإن الطول الموجي وسط النفاذية .

تحديد زاوية حقل 1.1.1

تحديد زاوية مجال عدسة بصرية قادرة على كشف أقصى مدى مؤشر السماء. في ظل نفس الظروف، أكبر زاوية نظر، وكلما زاد عدد النجوم يمكن ملاحظتها. ومع ذلك، فإن عدد كبير من النجوم تتداخل مع حساب لاحق، لذلك حدد زاوية مناسبة من مجال النظام البصري هو الخطوة الأولى في المبنى.

مستشعر APS CMOS المستخدمة هنا، هو عبارة عن شريحة المحلي. حجم بكسل 15 ميكرون، وهو قرار من 1024 1024، واختيار تشغيل نطاق الطول الموجي 400 نانومتر ~ 780 نانومتر. احتمال في المطالبة 4 أو المزيد من النجوم الدليل في أي التقاط الموقف 99، وذلك أن الحسابات اللاحقة . متطلبات هذه البيانات، وعملية البرمجة التي كتبها التسويقي، والمتاحة في مجال معين من أجل مراقبة حجم كل رقم. مزيد من حجم الإحصائي 5.5 عندما شابه ذلك، لتحديد زاوية عرض 20 درجة 20 درجة لتلبية مجال الرؤية لوحظ في أي من أربعة النجوم وفوق هذا الشرط. لذلك، واختيار 20 درجة 20 درجة كما زاوية المشاهدة.

1.1.2 لتحديد البعد البؤري

تحديد الطائرة التصوير البعد البؤري هو المسافة إلى المرآة. اعتمادا على المسافة الكائن المحدد، فإن البعد البؤري تنتج تغييرا المقابلة. في الفضاء، والموقع والمسافة من النجوم ثابتة نسبيا، تختلف كثيرا عن الكاميرا الزوم العادي، هو ثابت نجمة استشعار البعد البؤري. القائمة الحقل النظام البصري للعرض وطول بؤري من علاقة الصيغة:

تحديد حجم 1.1.3 طمس بقعة

في هذه الورقة، وزاوية عرض 20 درجة 20 درجة على سبيل المثال، باستخدام 1024 1024 بكسل، وعندئذ فقط حتى بكسل واحد 20/10240.0195 70 ". أجل في تحسين دقة عنصر صورة يقدر ضرورة أن تتلقى صورة الاستشعار يزيل التباؤر ويشتت نقطة الصورة، حتى أن انتشار الطاقة حول عدة بكسل. الطاقة من عدد وافر من إشارات عنصر صورة يتم تجميع، وفقا لبعض الخوارزميات، وحساب المشترك و يكتسب موضع نقطة نجوم. والغرض من هذا هو أن الأمر لا يقتصر على موضع نقطة النجوم يتم الحصول من بكسل واحد، ولكن لا يمكن أن يتحقق على المستوى الفرعي بكسل. هذا هو أسلوب الفرعي بكسل الاستيفاء membered نقطة نجمة استخراج . الأكثر استخداما هناك طمس حجم البقعة من 2 2 بكسل أو 3 3 بكسل، وذلك باستخدام حجم كبير طمس بقعة يمكن تحسين دقة تحديد المواقع، لكنه لن يؤثر على الحسابات اللاحقة سرعة هنا تأخذ 2 2 حجم بكسل كما فرقت حجم البقعة.

1.1.4 تحديد الفتحة النسبية

حجم المسام والبعد البؤري يمثله الفتحة النسبية F، أي، F / # = و / D. الوطنية معيار GB / T 30111-2013 في تعريف الفتحة النسبية هي نسبة قطر مدخل تلميذ من البعد البؤري، أي، D / و، التي اختارت قيمة بين 1 / 0.81/6.

وتعطى تحسب F / # بواسطة الصيغة :

حيث VTH هي قيمة SNR من 5، رقم الظلام الضجيج الحالي.

هو مجموع ما تبقى من الضوضاء، [تاو] هو النفاذية من النظام البصري، مع 0.75؛ هو تركيز الطاقة، مع 90؛ ر هي المرة التكامل من التعرض، مع 100 مللي ثانية؛ وهو حجم بكسل، واتخاذ 15 ميكرون، ك هو كاشف يعادل الخفيفة؛ H كالشمس التي تنتقل إلى نظام بصري إضاءة على التلميذ، وQE هو كفاءة الكم، ونسبة اجب منطقة FF؛ d غير منتشر حجم البقعة، h غير ثابت بلانك، يمثل ضد الطول الموجي وسط الضوء الساقط المقابلة ل تردد. يتم احتساب النتيجة النهائية D25.2 ملم. وF / # = 25.2 / 43.56 = 1: 1.73. وتمشيا مع نطاق معيار وطني.

1.2 تصميم أنظمة كهربائية لل

تحليل 1.2.1 CMOS APS الاستشعار

كما المستخدمة هنا، هو وجود B1XXX 1024 1024 قرار الإشعاع CMOS صورة الاستشعار حجم بكسل من 15 ميكرون 15 ميكرون. كل وظيفة، مؤشر، حزمة والتعاريف دبوس الدوائر متوافقة مع المنتجات الأمريكية CYPRESS STAR1000 الشركة. رقاقة متكاملة أخذ العينات مزدوجة، مكبر للصوت كسب متغير (PGA) 12 والتناظرية إلى المحول الرقمي (ADC). رقاقة ADC وكهربائيا يعزل، سواء على رقاقة والكم ADC الإخراج الرقمي، قد تكون مبنية على احتياجات المستخدمين، والبصرية الإشارات التناظرية الانتاج مباشرة.

الدائرة جود وظيفة الذكية النافذة، أي مجموعة بكسل X، عنوان Y البرمجة بشكل عشوائي، ستوكاستيك حجم إطار التحكم، البداية والنهاية عناوين، لديها حساسية عالية (2.7 V / لوكس ق (@ 550 نانومتر))، يمكن أن تتكيف مع الفضاء متطلبات LLL البيئية؛ 1،2،4،8 مرات مع مكاسب للبرمجة، وفقا للالسيطرة الانتاج شدة الضوء، على التكيف مع البيئة الأوسع، مع وظيفة مزدوجة التكامل المنحدر، يمكن أن تحسن بشكل كبير من نطاق الدينامية، وبالتالي تحسين نفس البيئة ضوء انخفاض على التكيف عند وجود الخفيفة؛ مجموع قدرة الإشعاع جرعة 100 كراد (سي)، حدث واحد مزلاج LET75 إلكترون فولت CM2 / ملغ.

هيكل الجهاز والخصائص: B1XXX وظيفي كتلة الرسم البياني هو مبين في الشكل 2. ويضم صورة الاستشعار ستة أجزاء رئيسية هي: مجموعة بكسل، ومعالجة المنطق، مكبر للصوت قبل العمود، وهذا مكسب مكبر للصوت للبرمجة (PGA)، والتناظرية ADC المضاعف.

1.2.2 FPGA وحدة محرك توقيت

حدد المستوى البؤري للاستشعار الصورة مرتبطة مباشرة إلى جوهر تصميم أجهزة الاستشعار نجوم.

يستخدم نظام FPGA محرك تنفيذ مستشعر CMOS صورة، صورة الاستشعار CMOS ونظام واجهة المعالج، وخريطة النجوم المخزنة أو المعالجة الرسم البياني وظائف. تصميم واحد تماما يستخدم على مدار الساعة متزامن في مجال تصميم ويوفر الخارجي 20 ميغاهيرتز وضوح الشمس مصدر الدخل على مدار الساعة، يتم تنفيذ عملية الانقسام الداخلي. يمكن برمجتها هذا المنطق التتابعي أكثر تعقيدا لتحقيقه ، كما هو مبين في الشكل.

1.2.3 الإشارة مخطط التجهيز

ويضم المجلس معالجة الإشارات قدم الأساسية SOPC إشارة تجهيز المجلس، أصدر المجلس الأساسية التي تستند إلى SOPC المتكاملة تطوير الثانوية، والتطبيقات الحد الأدنى SOPC، وحدة التكوين الأساسية والدوائر واجهة الاتصالات المتكاملة في حجم 51.4 مم 51.4 ملم صغير شركة نفط الجنوب مجلس. حيث كتلة المخطط الشامل هو مبين في الشكل (4) رقاقة SOPC.

وعلاوة على ذلك، يضم جوهر أبعد واجهة مجلس الاتصالات ومعالجة الإشارات مع التكوين الأساسي ونظام التطبيق، بما في ذلك: مواصفات PLL، والتكليف واجهة التكوين، وحدة إعادة تعيين، وحدة على مدار الساعة، التكوين FPGA. واجهة الاتصالات بما في ذلك: واجهة الاتصالات 1553، واجهة ADC، واجهة الاتصالات التسلسلية، مددت GPIO واجهة، واجهة المقاطعة، حافلة I2C، واجهة الموقت / الإدخال عداد / الإخراج، والتعليمات إلى واجهة الاختبار. أجهزة الاستشعار نجمة لتلبية متطلبات البرامج الأساسية.

التصميم النهائي هو: حجم نجمة استشعار النظام الكهربائي (بدون سكن) إلى 60 ملم 60 ملم، 2 لوحات الدوائر وزن (بما في ذلك السحابات) ما مجموعه نحو 60 غراما، واستهلاك الطاقة ثابتة نحو 1.2 W.

2 APS برنامج نجوم استشعار البرمجيات

وتشمل خوارزمية برنامج جهاز استشعار نجم نجم أنشئت التسويقي، نجم FIG المعالجة، وتحديد نمط نجمة والرسم البياني مطابقة، وبعض الدول الأخرى حل الموقف.

(1) إنشاء مكتبات نجوم

مكتبة ستار هو جمع المقررة وفقا للنجم كتالوج دليل الفرز، ويتمثل دوره في تقديم مباراة إلى أساس مباراة خلال الرسم البياني. بعد تحديد كتالوج جيدة، يمكنك إعداد كتالوج المناسب دليل نجمة استنادا إلى الكتالوج.

(2) ما قبل المعالجة نجوم FIG.

بعد الحصول على صورة الاستشعار، ويرجع ذلك إلى مختلف الأصوات، لا بد من معالجتها قبل الضوضاء، ثم استخراج النقطه الوسطى نجوم، وتزويد خوارزميات التعرف نجمة البيانات.

ويستخدم طريقة المتوسط تقليل الضوضاء بسيط في التطبيقات العملية. حيث يتم عرض قيمة الضوضاء الثابتة غير منتظم داخل نطاق معين، فمن الممكن أن متوسط قيمة كما ضوضاء نظام ثابت، ثم حساب متوسط الصورة التي تم التقاطها والفرق، ويمكن الحصول على تأثير الأولي الحد من الضوضاء. أساليب محددة: استخدام نظام الاستشعار نجوم باستمرار التقاط الصور في حالة الظلام، حيث الضجيج الحصول على المعلومات، بما في ذلك الموقع والقيمة. تم حساب المعلومات الضوضاء التي تم الحصول عليها في نفس الموقف، وذلك باستخدام طريقة المتوسط كقيمة نهائية يعني.

ويرجع ذلك إلى نقاط زمنية مختلفة، مما يدل على الضوضاء الضوضاء الثابتة ستكون مختلفة قليلا. في حالة الإحصائي وقت التكامل 10 مللي، 50 مللي و 100 مللي ثانية، وذلك باستخدام الفرق بين متوسط الضجيج والمتوسط من 10 طريقة الفعلي مشتقة.

في اقتناء جميع الصور بالأبيض، والضوضاء الثابتة تؤثر على حوالي 3.6 من حوالي. الضوضاء قيمة الرمادي تتمحور حول 08-10. عندما طريقة تقليل الضوضاء باستخدام متوسط قيمة، وقيمة الرمادي الضوضاء تتمحور حول 00 ~ 02. الجدول 2 أثر استخدام قيمة متوسطة لتقليل الضوضاء المقبل الأوقات التكامل مختلفة.

(3) تحديد FIG نجم خريطة مطابقة النجوم

بعد استخراج المعلومات النقطه الوسطى، وقاعدة بيانات دليل نجم نجم دليل بحث لتحديد المعلومات نفسها، إذا حصلت على المباراة الوحيدة للنجم الدليل، المباراة ناجحة.

(4) حل الموقف

متي مباراة ناجحة خوارزمية موقف يحسب زوايا موقف الحالية أو إخراج البيانات من أربعة.

FIG 5 هو جهاز استشعار تدفق البرمجيات خريطة النجوم.

3 الخاتمة

الإشعاع هنا COMS APS رقاقة ورقاقة التحكم وفقا لSOPC المحلي المضادة للتصميم أجهزة الاستشعار البصرية نجمة مصغرة والأنظمة الكهربائية. خصائص أجهزة الاستشعار التقليدية، استهدف مجموعة من المعلمات النظام البصري مناسبة، وتحديد المعايير المستمدة منها. بعد تحديد النظام البصري من زاوية نظر واستشعار APS، البعد البؤري يمكن الحصول على التوالي، وغيرها من المعالم الفتحة النسبية. نجم أجهزة الاستشعار وفقا لمتطلبات ونظام الأجهزة، وتصميم FPGA من وحدة معالجة الإشارات وحدة محرك الأقراص. جعلت استشعار نجمة مستقلة تماما عن الأجهزة وفي 30111-2013 متطلبات GB / T فيما يتعلق استشعار نجوم، وهي جزء من برنامج مبرمجة وفقا لمعايير جهاز التقليدية. وأخيرا، مجموعة تصميم والانتهاء من توطين مبدأ استشعار نجم النموذج.