基于fpga的星敏感器检测算法设计与实现

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1、分类号学号M201272572学校代码10487密级硕士学位论文基于FPGA的星敏感器检测算法设计与实现学位申请人：欧迎春学科专业：物理电子学指导教师：鲍晓静教授余永林教授答辩日期：2015.05AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringDesignandImplementationofaDetectingAlgorithmforStarSensorbasedonFPGACandidat:OuYingchunMajor:P

2、hysicalElectronicsSupervisor:Prof.BaoXiaojingProf.YuYonglingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMarch,2015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。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期

3、：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月华中科技大学硕士学位论文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

4、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（DigitalSignalProcessor，数字信号处理器件）和FPGA（FieldProgrammableGateArray

5、，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（SystemonaProgrammableChip，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

6、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I华中科技大学硕士学位论文AbstractStarsensorisanavigationequipmentthroughcapturingandprocessingstarmaps.Highprecisionandnocumulativeerrormakesitwidelyusedonmodernaerocraft.Fornavigationequipment,higherrequiremen

7、tsshouldbemetbecauseofaerospacetechnology’sdevelopment.Toimprovetheprocessingrateandaccuracy,studyingthealgorithmandthehardwarestructureisanimportresearchsubjectofthestarsensor.Starsensordependsonimageprocessingalgorithms,includingpretreatment,centroidcoordinatesextractionandstarid

8、entification.Stardetection