CMOS星敏感器硬件系统设计

发布时间：2021-01-25 06:55

　　星敏感器是天文导航系统的主要设备,是一种高精度、高可靠性的姿态测量部件。随着天文导航技术不断进步,星敏感器的硬件和软件技术得到了迅速的发展,尤其基于CMOS的星敏感器以其体积小、重量轻、精度高的特点成为近年来各国航天技术的发展热点。论文首先介绍了星敏感器的基本原理,并比较了CCD传感器和CMOS传感器的基本特点,为系统的研究工作提供了理论依据。论文接着深入分析了系统的核心部件CMOS图像敏感器STAR250的性能特点,并在此基础上,结合系统的应用要求,完成了一种高精度,低成本,低功耗的CMOS星敏感器的硬件设计。本论文研究的重点在FPGA逻辑的设计,包括四个部分的工作:设计了合理的时序驱动电路满足了STAR250传感器的时序要求;设计了一种简单有效的异步参数寄存器电路,有效防止了亚稳态的发生;设计了可靠的异步FIFO外围电路,保证了星图数据的传输;研究了星体目标亚像素质心定位算法的硬件实现。实验及结果分析表明,该系统能实现采全图和采分割图的工作方式,具有增益、积分时间、阈值等参数的调整功能,能够满足卫星上的姿态测量要求,是一种低成本、功耗低、处理速度快的高新能CMOS星敏感器硬件系统设... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

STAR250的电气符号

口的起始位置，从而快速对敏感器阵列的某一部分采样。AR250 的每个像素包括了 4 个光电二极管和三个晶体管（见图 3.5）。管并联接在 Reset 晶体管上（T1），晶体管 T2 把积累在光电二极管 转化成电压信号，再把这个电压信号通过 T3 管传递到列总线上去。d”作为晶体管的开关控制信号，分别接在两个 Y 移位寄存器上。这两在像素阵列的两边，采用独热码（One-Hot Encoding）设计 YL（ther）和 YR（the reset registe）移位寄存器，在同一时间内每个寄存器允素。个像素点的输出都连接到列总线上，列总线又会把像素的信号传递到。片内集成了双采样技术，放大器可以把采集的数据减去该像素点的而得到该点的真实感应灰度。放大器输出的信号还将经过一个可控的输出放大器放大输出。放大器通过一个黑背景参考完成。输出放大器输出的模拟信号就是结果数据

图 3.5 STAR250 像素构成图像定义维数和最终图片格式之间的关系。 3.6 图像上坐标系 图 3.7 物理晶片上坐标对原点（0,0）定义。图 3.6 显示了映射在图像的坐标系。传统的计算机或打印机的图像坐标AR250 中定义右上角为原点。这样敏感器输出

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定[J]. 董瑛,邢飞,尤政.  宇航学报. 2004(06)
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[7]CMOS图像传感器在空间技术中的应用[J]. 尤政,李涛.  光学技术. 2002(01)
[8]基于PGA的全天自主星图识别算法研究[J]. 李立宏,宋申民,张福恩.  控制与决策. 2000(06)
[9]适用于星敏感器的星图识别方法[J]. 陈元枝,郝志航.  光电工程. 2000(05)
[10]新型小卫星姿态控制技术[J]. 魏秋明,袁家虎,张秉华,李展.  空间电子技术. 1999(03)



本文编号：2998790