仪器仪表学报

作者：张旭，段发阶，孙广开，朱云鸿，祝连庆

单位：张旭,1.天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072； 2.北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部 重点实验室北京100192,,段发阶,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,孙广开,2.北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部 重点实验室北京100192； 3.北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016,,朱云鸿,2.北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部 重点实验室北京100192； 3.北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016,,祝连庆,2.北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部 重点实验室北京100192； 3.北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016,lqzhu_bistu@ sina. com,

关键词：光斑定位;无存储;流水线;FPGA

基金：国家自然科学基金（52375524）项目资助

针对高轨卫星目标指向在轨自准直测量系统无法在有限的计算和存储资源下实现光斑实时定位的问题，提出了一种基于并行流水线的自准直仪光斑无存储实时定位方法。基于质心计算的分解特性设计了分解质心计算方法，计算行或列质心后再合成二维质心，实现了光斑质心的无存储计算，避免了对原始图像数据的全局存储需求；基于并行流水线架构设计了滑动相关滤波方法及其FPGA实现方案，采用高斯负二阶导数模板，通过滑动窗口内像素与模板的实时相关性计算有效抑制背景梯度噪声和随机噪声，依托流水线乘法器、加法树累加器等硬件优化设计，确保在数据流式输入过程中同步完成滤波运算，降低噪声影响的同时保证了计算的实时性。采用仿真和实机部署方式完成验证，结果表明分解质心法在确保计算精度的前提下仅利用FPGA片内少量RAM即可在读取光斑信息后246个时钟周期内完成滤波和质心计算，在25MHz时钟下计算时间仅为9.84μs，计算结果的平均偏差为0.032pixels，具有较高实时性和计算精度。分解质心法可显著提升高轨卫星光学载荷视轴指向在轨监测数据反馈实时性，为高速机动目标的跟踪定位提供实时数据支持，在航天遥感领域有重要应用价值与前景。

来源：2025年第8期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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