基于CMOS图像传感器的皮卫星成像系统设计

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基于CMOS星图成像的计算机模拟

基于CMOS星图成像的计算机模拟

测 量部 件 。其 中 , 实现 自主 导 航 、 速 且 识 别 率 快
高的星 图识 别 算 法 必不 可缺 。对 星 图识 别 算 法
射检 索 , 以星是否 在 视场 内作 为 检 索终 止 的 限制
条件 。
最 初实 验测 试 , 由于航 天 实 验 费 用 大 , 往 不 可 往
能 进行 实时 空 间实 验 ; 因此 , 了检 验 识 别 算 法 为 性 能 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及 对 观测 星 选 择 的合 理 性 问题 进 行 有效
考 虑到 C M0 S星 敏感 器 可 以做 到较 大 的视
置 。由太 阳 质 心 换 算 到 地 球 质 心 , 即加 入 光 行
差, 则得 视位 置L 。 1 ]
场, 且根 据平 差方法解 算姿 态 角要 求每 一 视 域范
围有三 个 以上 的导 航 星 即 可 准确 算 出卫 星 的姿 态 。因此 , 文 采 用 F 本 K5基 本 星 表 。F 5星 表 K 给 出了 9 9 0 6颗亮 星 的 位置 、 度 、 亮 光谱 类 型 、 自
的 区域 。将 天空 的 星按赤 经 、 纬 每隔 一度 分 成 赤 30 8 6 ×1 0个 区间 , 个 区 间 的 星 星 的数 据 都 存 每 在一个 数 据 包 中 。给 定 视 轴 后 , 定 其 所 在 区 判
间 , 而得 到其所 在 的数 据包 。然后 按 照 纬度 的 从
递增和 减少 、 经度 的增 加 和减 少 的方 式 向 四周 辐
由于 F K5星 表 提 供 的 是 恒 星 在 标 准 历 元 (2 O ) J O O 的平 赤 道 坐 标 ( 位 置 ) 而 星 敏感 器 上 平 , 所得 的是恒 星在 观测 瞬 时的 真赤 道 坐标 ( 测 位 观

基于TOPSIS法的皮卫星计算机系统设计

基于TOPSIS法的皮卫星计算机系统设计

基于TOPSIS法的皮卫星计算机系统设计袁晓峰;高德远;高武【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2015(000)002【摘要】Pico-satellite,which features low cost and flexiblity,is a hot topic in aerospace applications. Due to the limitation of size and weight,design of On-Board Computer( OBC) for pico-satellite systems is different with that in the larger satellites. This paper introduces the modular design techniques of an OBC based on Commercial Off-the-Shelf ( COTS) devices for pico-satellites. The chip selection is important for electronic system design. The selection of the suitable COTS devices is performed by using Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution( TOPSIS) method. Two versions of prototype OBC systems based on different types of low power MCUs which are selected by TOPSIS method are implemented. The running speed, power consumption, and operational temperature of two OBC systems are tested and compared. When operational temperature is 27℃ and main frequency is 8 MHz,the MIPS of OBC system based on MSP430 and ATxmega are 7. 449 and 6.781,respectively. The running times of addition are 0. 613 μs and 1. 381μs,respectively. The power consumptions of addition are 38. 224 mW and 54. 411 mW, respectively. The performance of the OBC system based on MSP430 is better. Two OBC systems can work correctly at -40℃ to 85℃.%皮卫星具有成本低、反应灵敏等特点,是航天领域的研究热点。

aps cmos星敏感器 系统原理及实现方法

aps cmos星敏感器 系统原理及实现方法

APS(Active Pixel Sensor)CMOS 星敏感器是一种采用CMOS 技术制造的数字成像设备,用于捕捉和处理星体图像。

其工作原理主要是通过检测星体图像的特征,用于航天器姿态控制和导航。

以下是APS CMOS 星敏感器系统的基本原理及实现方法:
1. 系统原理
APS CMOS 星敏感器基于主动像素传感技术,每个像素都具有独立的光电转换和信号读取功能。

在成像过程中,光子撞击像素单元,将其转化为电信号。

信号读取电路将电信号转换为数字信号,并按照预定的格式输出。

2. 星敏感器核心组件
(1)CMOS 图像传感器:作为星敏感器的核心元件,CMOS 图像传感器将光信号转换为电信号。

常见的CMOS 图像传感器类型包括APS、BSI(Back-Side Illuminated)等。

(2)信号处理电路:对CMOS 图像传感器输出的电信号进行放大、滤波、模数转换等处理,得到数字化的星体图像。

(3)星体识别算法:通过分析星体图像的特征,例如星点的形状、亮度等,实现星体的识别和定位。

(4)姿态解算模块:根据星体的识别结果,结合预先存储的星表数据,计算航天器的姿态信息。

3. 实现方法
(1)硬件实现:设计并制造具有高性能的CMOS 图像传感器,提高星敏感器的灵敏度和信噪比。

(2)软件实现:开发星体识别算法和姿态解算模块,实现对星体图像的实时处理。

(3)系统集成:将CMOS 星敏感器、信号处理电路、星体识别算法等组件集成到一个紧凑的系统中,便于安装和使用。

(4)标定与优化:针对不同的应用场景,对星敏感器进行标定和优化,提高系统性能。

CMOS星敏感器卫星姿态定位系统设计(精)

CMOS星敏感器卫星姿态定位系统设计(精)

华中科技大学硕士学位论文CMOS星敏感器卫星姿态定位系统设计姓名:尹智科申请学位级别:硕士专业:模式识别与智能系统指导教师:陈朝阳20060510摘要星敏感器是一种高精度的姿态敏感器,广泛应用于卫星、空间站、远程弹道导弹、巡航导弹以及深空探测等的姿态测量。

本文以实际的项目开发为背景,设计了可用于卫星上的姿态定位及导航的CMOS 星敏感器原理样机。

该系统采用宇航级 CMOS 的图像传感器 STAR250捕获星图,采用 Altera 的 CPLD 实现对图像传感器的驱动控制以及星图数据的预处理, 并用 ARM9处理器作为系统的主控处理器。

CMOS 星敏感器原理样机可以实时获取星空图像,并且与预存在系统中的星图相匹配,从而确定卫星成像系统当前光轴指向。

研究工作的主要内容是原理样机硬件系统设计、调试和整个系统的仿真实验。

工作重点在于 ARM 微处理器系统设计、 STAR250接口电路设计,以及以 CPLD 对实时星空图像进行预处理设计等。

CPLD 内部通过模块化方式的编程,有效提高系统结构的灵活性。

硬件系统的设计方案具有低成本、小型化和高效率的特点。

文章最后,给出了原理样机的设计过程,该样机重 550g ,不含镜头 255g ,通过三块电路板层叠的方式减小所占空间面积。

通过实验及结果分析,该样机实现了很高的匹配率,能够满足卫星上的姿态定位要求,是一种低成本、高可靠性的姿态定位设备。

关键词:CMOS 星敏感器; CPLD ; ARM9;嵌入式系统AbsrtactStar sensor is a kind of high precision optic sensor widely used for attitude determination in spacecrafts, secondary planet, long-distance guided missile, cruise missile and other space attitude measurement.This paper background of a real project development, discuss a CMOS Star Sensor system design which can be used on moonlet and other spacecrafts as embedded attitude determination device. This system use a CMOS image sensor STAR250 to get image of stars. CPLD for device driver and preprocess, and make the ARM9 processor as host MCU. The ARM9 processor use stars matching arithmetic and other software methods to get the attitude information and translate it to the center controller of spacecraft.The main job of project research is system design for the sample CMOS star sensor, driver design for STAR250, and use CPLD implement preprocess of the star image. AS a attitude determine device on secondary planet, it has relative strict requirement. ARM series processor has many profits of low power, low consume, high integration and expansibility very suit for space usage. On the other hand, more than 200MHz frequency guarantee the real time process of stars image. STAR250 as a CMOS image sensor don’t support IIC and other standard interface, So we use an Altera 10,000 gates CPLD implement device driver of STAR250 as well as preprocess of stars image and interface to processor system. Throw modularization program and provide host interface to ARM make the system more flexibility and maneuverability.At last, via experiment and analysis star image, this embedded CMOS star sensor device has benefits of high precision, miniaturization, low cost and low power, and very suit for space usage.Keywords : CMOS Star Sensor; CPLD ; ARM9; Embedded system独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

CMOS星敏感器光学系统的设计

CMOS星敏感器光学系统的设计

像质量 ,可在条件较差的太空环境中工作 ,可用于卫星光学空 间方位和通信传感器 ,航天器可视监控以及核电站检查等应 用中 。STAR 系列图像传感器包括两款 CMOS 器件 : STAR2 250 和 STAR21000 ,最快帧频分别为 29fps 和 11fps ,根据整个 星敏感器系统帧频需达到 4fps 的总体要求 ,初步选定器件本 身帧频较快 、价格也较便宜的 STAR2250 芯片 ,此款芯片单个 像元尺寸相对而言较大 (25μm ×25μm) ,可适当降低后续光学 系统设计对弥散斑大小控制的难度 。 2. 3 弥散元大小
≥6
73. 89 %
89. 76 %
97. 44 %
99. 65 %
100 %
≥3
78. 89 %
92. 01 %
97. . 0
≥5
66. 56 % 54. 44 %
86. 63 % 79. 17 %
96. 41 % 93. 08 %
99. 65 % 97. 20 %
Abstract : Based on t he statistic results of t he star catalogue V/ 50 and t he prerequisite t hat enough acquiring probability
should be insured , t he field of view of t he optical system and t he maximum star magnitude which can be detected by t he star sensor have been determined in t his paper. Then , combined wit h t he performances of t he STAR2250 CMOS sensor , t he aper2 ture , focal lengt h , spectral range and primary wavelengt h , t he diameter of t he dispersion spot and so on of t he optical system

基于低成本MEMS传感器的皮卫星融合定姿算法研究

基于低成本MEMS传感器的皮卫星融合定姿算法研究

基于低成本MEMS传感器的皮卫星融合定姿算法研究
蒙涛;王昊;金仲和;韩柯
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2009(030)004
【摘要】基于低成本低精度的MEMS陀螺、太阳敏感器、磁强计组合,设计了Unscented Kalman融合滤波算法.同时考虑到可能的故障模式,提出了仅依赖磁强计的备份滤波算法.在姿态参数选取上,采用修正罗德师里德参数来描述卫星姿态,降低了滤波器的维数,避免了采用四元数时解算状态误差协方差参数的奇异.利用MEMS陀螺采集的随机噪声数据进行半物理仿真,仿真结果表明:该融合算法能有效对卫星姿态进行实时估计,在个别敏感器失效的情况下,同样能实现较高的精度,满足普通任务的要求.该算法具有工程实现意义,是对低精度MEMS敏感器在低成本皮卫星上应用的有益探索.
【总页数】6页(P1569-1573,1605)
【作者】蒙涛;王昊;金仲和;韩柯
【作者单位】浙江大学信息与电子工程学系,杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系,杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系,杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系,杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】V448.2
【相关文献】
1.卫星地球-射频敏感器组合定姿滤波算法研究 [J], 崔乃刚;凡友华;周文艳
2.推广联合滤波算法在卫星组合定姿系统中的应用 [J], 王志胜;刘建业;周军
3.基于MEMS传感器的车载组合定位系统设计 [J], 李鑫;孟翔飞;王燚
4.浮空器光谱望远镜组合定姿算法研究 [J], 郭伟峰;曹小涛;杨维帆;王瀚
5.基于盒粒子滤波的低成本皮纳卫星高效姿态确定算法 [J], 侯晓磊;张聪哲;刘勇;潘泉;李毅兰
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基于CMOS图像传感器技术的全息显示系统设计

基于CMOS图像传感器技术的全息显示系统设计

基于CMOS图像传感器技术的全息显示系统设计在现代科技行业中,全息显示技术是一项备受关注的研究领域。

它能够以一种非常真实的方式呈现数字图像,使人们感觉就像真实的物体一样。

与传统的显示技术相比,全息显示技术不仅可以实现更加逼真的显示效果,还可以使显示器具备更好的安全性和防伪性。

目前,全息显示技术主要有两种类型:同轴全息显示技术和非同轴全息显示技术。

这两种技术中,非同轴全息技术是一种比较成熟的技术。

它采用的是照射光线经过被记录物体像的光波与参考光波相交所形成的干涉图案进行显示。

而同轴全息技术则是针对非同轴全息技术在实施过程中存在的问题进行改进的技术。

在全息显示技术中,CMOS图像传感器在图像捕捉方面发挥着极其重要的作用。

由于CMOS图像传感器具有体积小、功耗低、像素数量高、成本低廉等特点,它成为了目前全息显示技术用于捕捉图像的主要技术之一。

此外,与其他技术相比,它还具有易于集成和可定制化等优势。

基于CMOS图像传感器技术的全息显示系统设计,主要通过设计激光光源、测试平台和信号控制系统等模块实现。

具体来说,激光光源需要先进行空间滤波和光学调谐,尽可能减少噪声和杂散信号的产生。

接着,测试平台需要设计基于波前反演的算法,从而实现对光波的重建和捕捉。

此外,在信号控制系统中,需要建立全息图像显示模型以及全息图像发射模型。

在高精度的全息显示系统中,CMOS图像传感器的分辨率、动态范围和信噪比等参数也需要特别考虑。

因此,只有在设计全息显示系统时,对这些参数进行精细设计,并真正实现优化,才能够让全息显示系统的效果最大化。

在未来,基于CMOS图像传感器技术的全息显示系统将具有更加广泛的应用前景。

比如,在沉浸式虚拟现实、医疗影像显示等领域,全息显示技术有着广泛的应用前景。

从长期来看,利用CMOS图像传感器技术设计全息显示系统的流程只会越来越稳定。

全息显示技术已经成为一个新的显示技术领域,需要我们不断地发掘新的技术标准和应用场景,从而推动其发展,促进我们的生产和生活水平的提升。

基于CMOS图像传感器的车载高清全景成像系统设计

基于CMOS图像传感器的车载高清全景成像系统设计
Key words:imaging optics;CMOS image sensor;panoramic imaging;high definition
0 引 言
近 年 来 ,行 车 安 全 问 题 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。 大量研究 表 明[1,2],许 多 车 辆 事 故 是 由 于 汽 车 驾 驶 盲区问题造成的。车载全景成像系统是为了解决汽
1 CMOS 图 像 传 感 器 工 作 原 理
随着 CMOS集成电路工艺的不断发展和完善, CMOS图像 传 感 器 性 能 日 益 增 强。CMOS 图 像 传 感器将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯 片 内 ,不 仅 减 少 了 成 像 系 统 的 体 积 ,而 且 其 功 耗 也 大 大 降 低 。OmniVision 公 司 已 经 成 功 开 发 出 低 功 耗 、 高分辨 率、高 动 态 范 围 的 CMOS 图 像 传 感 器 芯 片, 使其成像质量和效果 能 够 跟 CCD 相 媲 美。 与 CCD 相比,它 具 有 低 成 本、低 功 耗、数 字 接 口 简 单、小 体 积 、高 速 率 等 优 点 。 在 汽 车 电 子 、空 间 观 测 、医 学 、移 动通讯等领域,CMOS 图 像 传 感 器 已 经 成 为 应 用 开 发的重点 。 [3]
第41卷 第3期
光学技术
Vol.41 No.3
2 0 1 5年5月 OPTICAL TECHNIQUE May 2015
文 章 编 号 :1002-1582(2015)03-0247-05
基于 CMOS图像传感器的车载 高清全景成像系统设计*
关 键 词:成像光学;CMOS图像传感器;全景成像;高分辨率 中 图 分 类 号 :T202 文 献 标 识 码 :A DOI:10.13741/ki.11-1879/o4.2015.03.013
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( eatetfI om t na dEet nc E gnei Z ea g U i rt, a gh u30 2 ,C i D p r n o n r ai n l r i n ierg, hj n nv sy H nzo 10 7 hn m f o co s n i ei a) Absr c :An i a i g s se ba e n CM OS i g e s rfrpio s t l t si r s n e ta t m g n y tm s d o ma e s n o o c -ae l e sp e e td. Th mp e n ain o i e i lme tto f
皮卫 星是 基于微 纳技 术 和微 电子机 械 系统 的一
C D图像传 感 器 。文 献 [ C 7—8 表 明 C O ] M S图像 传
种全新概念 的微小卫 星 , 积小 、 体 重量 轻、 功耗低 以及
感 器 已成功应 用 于星敏感 器 、 间可视 化等方 面 , 空 将
是 未来遥 感传 感器 的发展 方 向。本文 基于 C O M S图
配有浙 江大学 自行研 制 的全 景光 学镜 头 。为提 高系 统 恢复 图像 的能力 以及增 强 空 间 应用 可靠 性 , 系 在
子、 球辐射带俘获粒子等都会 引发器件 发生单粒 子 地 效 应 , 中单 粒 子 翻转 ( ig vn pe, E 成 其 Snl E etU st S U) e
k y mo u e ,s c s CMOS c me a’ o to n ma e ta s s in,i PGA s deald y i to c d T e d ls u h a a r S c n r la d i g r n miso nF wa tie l n rdu e . he
统 的存储 模块 部分采 用 了三模冗 余纠错 技术 。
为影响航天器 可靠性 和寿命的主要 因素 J 。
皮 卫 星 的特 点 以及 空 间环 境 的特殊 性 , 得 目 使
l 成 像 系统 总体 设计
基 于 C S图像 传感 器 的皮 卫星 成像 系统 的总 MO 体结 构框 图 如 图 1所 示 。系 统 由光 学 镜 头 、 MO C S 图像传 感 器 、 场 可 编 程 逻 辑 门 阵 列 F G Fe 现 P A( i d l P ormm be G t A ry 、 控 制 器 MC Mi o rga al ae r ) 微 a U( c r C nrl r nt 、 ot l i 静态 随机存 储 器 S A Sa cR n oeU ) R M( t i a - t d m A cs m r) o cesMe o 以及辅 助 电路 组成 。 y
说明了系统关键模块包括对 C S MO 相机 的控制 以及 图像传输等在 F G P A中的实现过程 , 并从器件选 型、 MR技术应用 等方 面 T 讨论了系统 的可靠性 。该系统应 用于皮卫星样机 中, 通过 了高低温试验 、 温度 冲击试验 、 粒子辐照试验等 , 验证 了其可行性。
关键词 : 皮卫星成像系统; 单粒子翻转; 可靠性 ; 三模冗余纠错技术 中图分 类号 : N 0 V 7 . T 4 9; 4 4 1 文 献标识码 : A 文章 编 号 :0 4— 6 9 2 1 ) 1 0 6 o 1 0 1 9 (0 0 0 - 0 2一 6
第2 3卷 第 1 期
21 0 0年 1月
传 感 技 术 学 报
C I E E J R L O E S RS A C UA l H N S OU NA F S N O ND A T T J ( RS
Vo . 3 No 1 12 .
Jn 0li m a i g S se De i n Ba e n CM OS I a e S n o e - a elt I g n y t m sg s d o e m g e s r L /Hu , HA u,Y NG Mu,WA o 。j N Z o g e i Z NG Y A NG Ha l h n h
rl b l y o e s s m s ds u s d fo fl wig t o a p c s o o e t ’ c oc n MR ’ p l a in ei i t ft y t wa i s e r m ol n w s e t :c mp n n s h i e a d T a i h e c o Sa pi t . c o
T e s se i e n a p c —a elt a l . T x e i n e u t ft mp r t r n a i t n p o e ta h h y tm sus d i io s tlie s mp e he e p rme tr s ls o e e au e a d rd a i r v h tt e o
基 于 C S图像 传 感 器 的皮 卫 星 成像 系统设 计 术 MO
李 辉 , 张 钰 , 杨 牧 , 王 昊 , 仲 和 金
( 浙江大学信息与电子工程系 , 杭州 30 2 ) 10 7
摘 要 : 为满足皮卫星对成像系统的特殊要求, 设计了基于 C O 图像传感器的成像系统。简单阐述了系统设计方案, MS 详细
s se i e sb e f rp c —ae l e . y tm sf a i l o io s tli s t
Ke r s:p c — aelt ma i g s se ;S y wo d io s tlie i gn y t m EU ;rla i t ei bl y;TMR i EEACC :72 0 ;1 6 B 3G 25
成本 低 、 发射灵 活 的优 势使 其在 科学 研究 、 商业 应用
上受到高度重 视 … 。但 空 问环境 的强辐 射也 是皮 卫
星面临的主要问题 。其 中 , 子辐 射是对 空间 飞行器 粒 影响最严 重 的现象 j 。银河 宇 宙 射 线、 阳耀 斑 粒 太
像 传感 器设 计 了一 套 适 用 于皮 卫 星 的成 像 系统 , 并
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