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星敏感器是装配在太空飞行器上的精密姿态测量仪器。它以视场中的恒星为参考对象进行姿态估计,对飞行器的自动导航等任务具有重要意义。其中,星图质心检测是星敏感器的关键信息处理单元,通过对星空图像进行处理以获得星点质心信息,但常面临星图背景杂散光干扰等问题,影响质心检测的准确度。同时,该算法通常在星敏头部的FPG A或嵌入式CPU上实现,硬件资源有限。如何设计资源受限下高效稳健的FPG A星图质心检测算法成为关键。本文针对主时钟25MHz,块存储4Mb的星敏感器头部FPGA片上环境,提出和实现了一种高效星敏感器质心检测算法,并在星敏感器硬件平台上完成了算法测试和系统验证。首先,通过分析当前主流质心检测算法和抗杂散光干扰背景滤波算法的硬件实现可行性,提出了一种适用于星敏感器的连通域质心检测算法,以及一种基于动态阈值的抗背景杂散光滤波算法。连通域质心检测算法按照像素流入顺序,参照分割阈值和像素周围标签对星点像素进行标定。动态阈值的抗杂散光干扰算法维护两组动态更新的阈值,并针对流入像素选择合适的阈值进行星点分割。然后,对所提算法进行了八路并行、流处理等硬件架构设计改进和RTL硬件设计实现,并仿真验证了硬件实现与算法结果的一致性。八路并行处理从硬件并行实现上提高了星图质心检测算法的速度,但同时引入了星点多标注的问题。为解决该问题,本文在星图检测结束后添加了星点融合的步骤,滤除重复标注的星点得到整幅图的汇总星表。最后,我们根据星敏感器FPGA内部的数据流与状态流等平台环境,设计实现了星敏感器质心检测及背景滤波单元与平台的数据同步交互和传输,完成了星敏感器质心检测硬件平台系统集成,并使用光阀星空模拟器的模拟星图进行了系统功能验证。本文实现的星敏感器质心检测硬件单元在Spartan6 FPGA上的最高吞吐率可以达到6.62Gbit/s,对于一幅4M×12bit的星图,硬件处理时间为7ms。在25M Hz的平台主时钟下,该硬件单元集成到星敏感器头部硬件结构中后,可以做到最高24 f ps的实时处理速率。