طراحی سیستم تصویربرداری یک ماهوارة چرخان با قابلیت تصویربرداری زمان واقعی، با استفاده از FPGA

نویسندگان

دانشگاه علم و صنعت

چکیده

در این مقاله، بلوک دیاگرام کامل سیستم تصویربرداری یک ماهوارة‌ چرخان با قابلیت تصویربرداری زمان واقعی، طراحی خواهد شد. به علت چرخش ماهواره، سیستم برای شروع تصویربرداری نیاز به تشخیص زاویة مناسب دوربین نیز دارد. این زاویه، شروع مشاهدة قسمتی از زمین است که قرار است تصویربرداری شود. در این مقاله، ابتدا روش تصویربرداری و آشکارساز مناسب برای این نوع ماهواره انتخاب شده‌است و سپس محاسبات مربوط به زاویه و زمان شروع تصویربرداری دوربین در گردش، و تعداد خط و پیکسل مورد نیاز سیستم انجام شده است. اگر سیستم قابلیت تصویربرداری زمان واقعی نیز داشته‌باشد، تصاویر دریافتی باید بتوانند تا قبل از رسیدن زمان برداشت تصویر بعدی، به زمین ارسال شوند. انجام سناریوی فوق، مستلزم ارتباطات کامل و موازی بین زیر سیستم تصویربرداری ماهواره و سایر زیر سیستم‌ها شامل: توان، مخابرات، و خصوصاً کامپیوتر مرکزی ماهواره است. به‌منظور تصویربرداری و ارسال، اطلاعات وضعیت محمولة تصویربرداری شامل درجة حرارت، ولتاژ، جریان، و وضعیت قسمت‌های مهم محموله نیز باید اندازه‌گیری و با تقاضای کامپیوتر مرکزی به منظور پردازش برای آن ارسال شود. همچنین این اطلاعات باید به فریم‌های تصویر اضافه و به زمین ارسال شود. کلیه این پردازش‌ها، در پالس‌های زمانی موازی با زمان‌بندی دقیق بین واحدهای مختلف خلاصه خواهند شد. به علت محدود بودن منابع در هر مأموریت فضایی، طراحی سیستم‌های ماهواره باید دارای حداقل جرم، توان و هزینه باشد. این در حالی است که اعمال این محدودیت‌ها نباید باعث افت کارایی و خصوصاً سرعت پردازش سیستم شود. محموله تصویربرداری با قابلیت تصویربرداری زمان‌واقعی، نیازمند سرعت پردازشی بالایی است که نیازمند صرف منابع زیادی است. در این مقاله، سیستم تصویربرداری با خصوصیات گفته شده با تکیه بر توانمندی پردازش موازی بالا در مقابل جرم، حجم و توان محدود FPGAطراحی خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Spin Satellite Imaging System Design with Real Time Imaging Capability Using FPGA

نویسندگان [English]

  • هاشم بذرافشان
  • شهریار برادران شکوهی
  • بهمن قربانی واقعی
چکیده [English]

In this paper, the complete block diagram of the imaging payload of a spin satellite capable of real time imaging is designed. Because of the satellite spin, the system needs to recognize the suitable camera angle in order to start imaging. The angle is the starting point of the observation of the part of the earth to be imaged. In this paper, at first the suitable imaging method and detector for this kind of satellite are elected and then the angle and the time of the spin camera imaging and the necessary number of lines and pixels are calculated. If the system is also capable of real time imaging, the captured images should be transmitted to the earth station before the next imaging starts. The completion of the above scenario needs a complete and parallel relationship between the satellite image payload subsystem and other subsystems such as power, communication and specially satellite on-board computer. For imaging and transmission, image payload status information such as temperature, voltage and current should be sampled and transmitted to the on-board computer for processing. Also this information should be attached to the image frames and transmitted to the earth station. All this processing is summarized into time pulses with exact timing between subsystems. Because of resource limitation in a space mission, satellite systems design must have the minimum mass, power and cost. But these shouldn’t cause the efficiency and specially system processing speed to decline. Imaging payload with real time capability needs a high processing speed requiring high resource utilization. In this paper, an imaging system is designed with the mentioned characteristics based on FPGA high parallel processing speed but having low mass, volume and power.

کلیدواژه‌ها [English]

  • spin satellite imaging system
  • real time imaging
  • FPGA