基于FPGA的星敏感器检测算法设计与实现

发布时间：2017-09-21 03:05

  本文关键词：基于FPGA的星敏感器检测算法设计与实现

  更多相关文章： 星敏感器 质心提取 现场可编程门阵列 平方质心法 片上可编程系统

【摘要】：星敏感器是一种通过拍摄和处理星空图像实现导航的测量仪器,具有精度高且无累积误差的特点,在当代飞行器上得到广泛应用。航空航天技术的发展对飞行器导航设备性能提出越来越高的要求。通过研究算法和硬件处理架构提高星图处理速度和准确度、减小设备体积,是星敏感器研究的重要课题。星敏感器导航主要依赖图像算法,包括图像预处理、星体坐标检测和星图匹配等。星点检测用于星图中星点质心坐标的提取,是星敏感器处理算法的重要组成部分。星点检测的准确度、精度以及处理速度对星敏感器整机性能具有重要影响。星图处理算法数据量大,复杂度高,实时性、可靠性要求高。DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器件)和FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)是广泛应用的高性能处理器件,DSP+FPGA是目前主要的星点检测处理架构,但硬件系统复杂、电路尺寸过大、FPGA利用率低、处理速度慢。本文通过研究星图特性,提取了星点的多项图像特征用于星点判断,结合SOPC(System on a Programmable Chip,片上可编程系统)实现了平方质心计算,设计了星点检测算法并详细阐述了符合FPGA工作机制的处理结构,实现了星图预处理、星点识别和质心坐标提取的单FPGA系统。该系统硬件电路尺寸小;检测速度快,帧频可高达数十到上百赫兹;实际星图测试解算成功率达99.5%—100%;解算结果稳定性好,赤经赤纬方差可达1.5个角秒。算法和硬件系统经过实际测试验证,处理结果满足使用要求,具有很好的推广应用价值。
【关键词】：星敏感器 质心提取 现场可编程门阵列 平方质心法 片上可编程系统
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2;TN791
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 星敏感器的现状及发展趋势8-10
• 1.2 FPGA质心提取的优势10-11
• 1.3 主要工作及论文结构11-13
• 2 星点检测算法研究13-23
• 2.1 星图去噪预处理13-16
• 2.2 质心计算方法16-20
• 2.3 星点识别方法20-21
• 2.4 本章小结21-23
• 3 FPGA算法与硬件系统设计23-48
• 3.1 FPGA星点检测流程23-29
• 3.2 FPGA模块划分与实现29-42
• 3.3 硬件系统设计42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 仿真验证及结果分析48-62
• 4.1 算法设计及仿真流程48-53
• 4.2 结果分析53-60
• 4.3 本章小结60-62
• 5 总结62-65
• 5.1 总结62-63
• 5.2 改进63-64
• 5.3 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 附录1攻读硕士学位期间发表论文目录71

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本文编号：891983