基于TMS320C6711B DSP的中心定位算法設(shè)計(jì)

　　25MHz時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)ICS501倍頻后，產(chǎn)生150MHz和100MHz時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)三態(tài)門(mén)總線緩沖器74LVTH125輸出后得到CPU工作時(shí)鐘及同步接口所需的工作時(shí)鐘。C6711的7個(gè)JTAG仿真腳

、TMS、TDI、TDO、TCK、EMU1和EMU0連接到一個(gè)14腳雙排插頭上，可與仿真器相連，以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和程序下載。

　　1.5 外部存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

　　C6711訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器必須通過(guò)EMIF。EMIF不僅有很高的數(shù)據(jù)吞吐率，而且還有很強(qiáng)的接口能力，可以與目前所有類(lèi)型的存儲(chǔ)器直接接口。設(shè)計(jì)采用三種類(lèi)型的存儲(chǔ)器：Flash ROM、雙口RAM和同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM。Flash ROM 是現(xiàn)場(chǎng)可擦除、掉電后可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，用來(lái)固化程序和保存掉電后需要保存的數(shù)據(jù);雙口RAM用來(lái)存儲(chǔ)一幀圖像數(shù)據(jù);SDRAM運(yùn)行速度快，用來(lái)存放實(shí)時(shí)運(yùn)行程序和臨時(shí)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)Flash ROM采用SST39VF040，且配置在CE1空間。雙口RAM采用IDT70V28，且配置在CE2空間。選用HY57V653220作為SDRAM，配置在CE0空間，這樣的配置與引導(dǎo)方式相配合。

　　1.6 輸出電路

　　系統(tǒng)根據(jù)輸入的圖像，由C6711進(jìn)行處理后得出一個(gè)衛(wèi)星姿態(tài)角信息。該姿態(tài)角信息由C6711輸出到PC機(jī)的RS-232口，由于通信的信息量少，所以可以利用C6711的多通道緩沖串口McBSP，在不擴(kuò)展其他硬件的情況下，用軟件實(shí)現(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸格式。發(fā)送時(shí)，發(fā)送轉(zhuǎn)換子程序把每一個(gè)數(shù)據(jù)位擴(kuò)展成16位的UART字，并把這些已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)塊放入發(fā)送緩沖區(qū)，同時(shí)在適當(dāng)?shù)牡胤郊由掀鹗嘉缓徒K止位(如圖2所示)，然后EDMA把數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖區(qū)傳給McBSP，而McBSP幀同步發(fā)生器負(fù)責(zé)連續(xù)地移出這些數(shù)據(jù)[4];接收時(shí)，EDMA從McBSP讀入已經(jīng)擴(kuò)展過(guò)的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)寫(xiě)入接收緩沖區(qū)，然后再調(diào)用壓縮子程序把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成原來(lái)的字節(jié)形式。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件接口簡(jiǎn)單，只需增加一個(gè)CMOS電平與RS232電平的電平轉(zhuǎn)換電路。

　　2 圖像處理算法的實(shí)現(xiàn)

　　中心定位圖像處理算法設(shè)計(jì)以輸入圖像格式320×240像素、1024灰度級(jí)/像素為基礎(chǔ)，包括濾波、判斷地平圈是否進(jìn)入視場(chǎng)、邊緣檢測(cè)和精確定中心幾個(gè)部分。

　　2.1 濾波

　　探測(cè)器可能存在小于1%的壞單元，其灰度值主要為0或1023，壞元區(qū)范圍小于3×3。壞元的存在有可能對(duì)邊緣檢測(cè)帶來(lái)誤差，再加上采集到的圖像數(shù)據(jù)信噪比較低，所以采用二維中位數(shù)濾波[5]。其做法是：對(duì)于一幀圖像，采用從上到下、從左到右的方法，移動(dòng)3×3的窗口，在每一個(gè)位置，將有9個(gè)圖像像素出現(xiàn)在窗口中，對(duì)這9個(gè)像素灰度值進(jìn)行排序，使用快速排序法找到處于正中的像素值，把這個(gè)值賦給3×3窗口的中心像素。使用這種方法可以有效濾除區(qū)域不大于2×2的突發(fā)性干擾，從而提高算法精度。

　　2.2 判斷地平圈是否進(jìn)入視場(chǎng)

　　當(dāng)衛(wèi)星初始進(jìn)入軌道時(shí)，在地平儀初始狀態(tài)下可能探測(cè)不到地球，這時(shí)需啟動(dòng)搜索程序控制衛(wèi)星偏轉(zhuǎn)以搜索地球。因此，必須對(duì)所得的地平圈圖像采用逐行掃描的搜索方法以判斷地球是否進(jìn)入視場(chǎng)。

　　2.3 邊緣檢測(cè)

　　邊緣提取首先檢測(cè)圖像局部特性的不連續(xù)性，然后再將這些不連續(xù)的邊緣像素連成完備的邊界。邊緣的特性是沿邊緣走向的像素變化平緩，而垂直于邊緣方向的像素變化劇烈。從這個(gè)意義上說(shuō)，提取邊緣的算法就是檢測(cè)符合邊緣特性的邊緣像素的數(shù)學(xué)算子。

　　由于地球的輻射存在不均勻性，所以地平高度與采用的地平檢測(cè)方式有關(guān)。其差別在于對(duì)應(yīng)不同的地平檢測(cè)方式，具體的地平高度隨地球輻射變化程度不同。本文采用比例門(mén)限法檢測(cè)地平圈。具體算法如下：以粗略地心為起點(diǎn)，以0.5度為間隔取720條射線?？紤]到只需掃描地球輻射過(guò)渡帶，所以每條射線的掃描起點(diǎn)距粗略地心為100個(gè)單位，間隔一個(gè)單位進(jìn)行一次采樣。由于該采樣點(diǎn)的坐標(biāo)不是整型，所以利用雙線性?xún)?nèi)插得到采樣點(diǎn)的灰度值，依次判斷采樣點(diǎn)，一邊記錄灰度最大值，一邊判斷該灰度值是否小于最大值的一半。當(dāng)條件成立時(shí)，掃描停止，算出灰度值為最大值的50%所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，即地平點(diǎn)坐標(biāo)。掃完720條射線后，所有的地平點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)地平圈。該算法對(duì)接近過(guò)渡帶的點(diǎn)進(jìn)行雙線性?xún)?nèi)插，提高了程序執(zhí)行效率。檢測(cè)出的地平點(diǎn)坐標(biāo)是浮點(diǎn)數(shù)，提高了地平判定精度，有利于減小測(cè)量地心的誤差。