基于TMS320C6701的星敏感器电路系统的设计

2.1 星图识别算法

本文采用了基于径向和环向分布特征的全天球星图识别方法。它的基本思想为：利用径向分布特征作为初始匹配，利用环向分布特征进行精确匹配。



图 2 径向分布特征

以主星S为中心，如图所示将圆周等分成8份，计算其他伴星在圆周上的分布，组成一个8位的向量V（＜11000100＞）。将V作循环移位，找出V所组成的数（十进制）的最大值，将这个最大值作为S的环向分布特征。如图所示V移位后仍然保持不变，则环向特征向量 ＝11000100＝196。



图 3 环向分布特征

事先构造全天球导航星库的模式库。使用时获得星图后，计算该星图中某颗星的模式，通过比较导航星库中的星模式，找到最匹配的星，完成全天球星图识别的过程，从而确定飞行器的位置。DSP经过串口模块，将计算结果传递给PC机显示，可以比较DSP与PC机的处理结果。

2.2 BOOT过程的实现

TMS320C6701器件可以设置成三种自举方式，分别为（1）无自举；（2）ROM自举；（3）主机自举。

系统加电后，RESET信号为低，芯片复位。在RESET信号上升沿处，锁存BOOTMODE[4:0]信号，借以决定芯片的存储器映射方式、地址0处的存储器类型以及复位后芯片的自举模式，复位结束后，芯片从存储器的0地址开始执行指令。TMS320C6701芯片有专门的BOOTMODE[4:0]管脚决定芯片的各种设置。本系统中BOOTMODE[4:0]管脚设置成[10101]，芯片在复位后自动将位于外部CE1空间ROM中的程序通过DMA搬入地址0处，传输完成后，CPU退出复位状态，开始执行地址0处的指令，程序启动。

3 实验结果

本文以星敏感器的视场FOV为1212的视场、敏感星等为6等为例，编程测试以上提到的算法。

测试结果表明，基于DSP的硬件系统以及基于RISC的硬件系统的识别结果及识别率一致。DSP系统平均识别时间约为0.47s，RISC系统平均识别时间约为0.805s，大大提高了星敏感器的实时性。

4 结论

本文首先介绍了星敏感器运算及控制的核心——DSP处理器的结构及特点，然后利用高速浮点芯片TMS320C6701搭建硬件系统，完成了基于DSP的星敏感器运算电路系统。接着分析了以径向和环向分布为特征的快速星图识别算法和BOOT过程实现的软件程序。最后仿真验证表明，该系统可以很好的完成星图识别任务，同时系统平均识别时间达到为0.47s，处理速度相比RISC数据处理单元提高了近一倍。