1.4 時鐘模塊和JTAG接口

    25MHz的時鐘信號經過ICS501倍頻后，產生150MHz和100MHz時鐘信號，經三態(tài)門總線緩沖器74LVTH125輸出后得到CPU工作時鐘及同步接口所需的工作時鐘，C6711的7個JTAG仿真腳TRST、TMS、TDI、TDO、TCK、EMU1和EMU0連接到一個14腳雙排插頭上，可與仿真器相連，以進行系統(tǒng)調試和程序。

    1.5 外部存儲器設計

    C6711訪問外部存儲器必須通過EMIF。EMIF不僅有很高的數據吞吐率，而且還有很強的接口能力，可以與目前所有類型的存儲器直接接口，設計采用三種類型的存儲器：Flash ROM、雙口RAM和同步動態(tài)存儲器SDRAM，F(xiàn)lash ROM是現(xiàn)場可擦除、掉電后可保持數據的存儲器，用來固化程序和保存掉電后需要保存的數據，雙口RAM用來存儲一幀圖象數據；SDRAM運行速度快，用存放實時運行程序和臨時數據，本系統(tǒng)Flash ROM采用SST39V040，且配置在CE1空間，雙口RAM采用IDT70V28，且配置在CE2空間，選用HY57V563220作為SDRAM，配置在CE0空間，這樣的配置與引導方式相配合。

    1.6 輸出電路

    系統(tǒng)根據輸入的圖像，由C6711進行處理后得出的一個衛(wèi)星姿態(tài)角信息，該姿態(tài)角信息由C6711輸出到PC機的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，在不擴展其他硬件的情況下，用實現(xiàn)異步數據傳輸格式，發(fā)送時，發(fā)送轉換子程序把每一個數據位擴展成16位的UART字，并把這些已轉換好的數據塊放入發(fā)送緩沖區(qū)，同時在適當的地方加上起始和終止位（如圖2所示），然后EDMA把數據從發(fā)送緩沖區(qū)傳給McBSP，而McBSP幀同步發(fā)生器負責連續(xù)的移出這些數據[4]，接收時，EDMA從McBSP讀入已經擴展的數據，并把這些數據寫入接收緩沖區(qū)，然后再調用壓縮子程序把數據轉換成原來的字節(jié)形式，這種方法的優(yōu)點是硬件接口簡單，只需增加一個CMOS電平與RS232電平的電平轉換電路。

    2 圖象處理算法的實現(xiàn)

    中心定位圖象處理算法設計以輸入圖像格式320×240象素，1024灰度級/象素為基礎，包括濾波、判斷地平圈是否進入視場，邊緣檢測和定中心幾個部分。

    2.1 濾波

    探測器可能存在小于1%的壞單元，其灰度值主要為0或者1023，壞元區(qū)范圍小于3×3，壞元的存在有可能對邊緣檢測帶來誤差，再加上采集到的圖像數據信噪比較低，所以采用二維中位數濾波[5]。其做法是：對于一幀圖像，采用從上到下、從左到右的方法，移動3×3的窗口，在每一個位置，將有9個圖像像素出現(xiàn)在窗口中，對這9個像素灰度值進行排序，使用快速排序法找到處于正中的象素值，把這個值賦給3×3窗口的中心象素，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。

    2.2 判斷地平圈是否進入視場

    當衛(wèi)星初始進入軌道時，在地平儀初始狀態(tài)下可能探測不到地球，這時需啟動搜索程序控制衛(wèi)星偏轉以搜索地球。因此，必須對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入視場。

    2.3 邊緣檢測

    邊緣是提取首先檢測圖像局部特性的不連續(xù)性，然后再將這些不連續(xù)的邊緣象素連成完備的邊界，邊緣的特性是沿邊緣走向的象素變化平緩，而垂直于邊緣方向的象素變化劇烈，這個意義上說，提取邊緣的算法就是檢測符合邊緣特性的邊緣象素的數學算子。

    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方式有關，其差別在于對應不同的地平檢測方式，具體的地平高度隨地球輻射變化程度不同，本文采用比例門限法檢測地平圈。具體算法如下：以粗略地心為起點，以0.5度為間隔取720條射線。考慮到只需掃描地球輻射過渡帶，所以每條射線的掃描起點距粗略地心為100個單位，間隔一個單位進行采樣，由于該采樣點的坐標不是整型，所以利用雙線性內插得到采樣點的灰度值，依次判斷采樣點，一邊記錄灰度值，一邊判斷灰度值是否小于值的一半，當條件成立時，掃描停止，算法灰度值為值的50%所對應的坐標，即地平點坐標，掃完720條射線后，所有的地平點構成一個地平圈。該算法對接近過渡帶的點進行雙線性內插，提高了程序執(zhí)行效率，檢測出的地平點坐標是浮點數，提高了地平判定，有利于減小測量地心的誤差。

    2.4 定中心

    定中心是算法中關鍵的部分，方法的好壞直接影響地心的，一般有霍爾變換法、面積積分和三點均值法等，定位采用面積積分法，根據微積分理論，對于一個封閉區(qū)域D，其重心坐標可用如下公式得到：

    式中，x和y代表單元點的坐標，ρ（x，y）代表單元點的密度，D代表整個區(qū)域。

    當ρ（x，y）=1時，區(qū)域的重心和形心重合，S表示區(qū)域的面積，為了能夠用計算機計算區(qū)域的中心位置，必須對上面的公式離散化，離散化后的公式為：

    式中，R（θ）表示對應θi～θi+1范圍內的幅值變化規(guī)律。

    3 實驗結果

    把CCD拍攝到的圖象數據送入該系統(tǒng)處理，每處理完一幀圖像就會從串口輸出一個姿態(tài)角信息，表1是四幀圖像的處理結果。從表1可以看出算法的優(yōu)于0.1的指標要求，算法處理時間約為0.49秒，滿足一秒處理一幀的實時要求。

    由高性能數字信號處理器TMS320C6711B和FPGA組成的實時圖象處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了圖像采集、實時數據處理及輸出，利用JTAG接口對系統(tǒng)進行在線調試，使系統(tǒng)具有很好的升級性和擴展性，采用DSP處理器，增強了系統(tǒng)的處理能力，提高了系統(tǒng)處理速度，保證了工作的實時性要求，采用貼片器件，既減小了PCB板的尺寸，又增加了系統(tǒng)的可靠性。實踐證明，中心定位算法通過對原始圖像濾波、判斷目標是否進入視場、邊緣檢測和定中心大大地提高了地平儀的測量。