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系統識別號 U0002-0908200616192900
中文論文名稱 微衛星TUUSAT-1星上照像酬載與影像處理軟體設計
英文論文名稱 The Design of Onboard Imagery Payload and Processing Software for Microsatellite TUUSAT-1
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 簡俊維
研究生英文姓名 Chun-Wei Chien
學號 693342593
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-22
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-洪祖昌
委員-林煥榮
委員-陳彥升
委員-徐超明
委員-洪祖昌
中文關鍵字 微衛星  影像壓縮  飛行軟體  影像處理 
英文關鍵字 Micro satellite  image compression  fly software  image process 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本文主要以為衛星TUUSAT-1任務為目的,進行照相酬載的開發,以及設計微衛星之影像處理軟體;研究包含了影像壓縮軟體的效能測試,以及星上飛行軟體的規劃,地面站酬載軟體的設計,以及酬載與電腦系統的整合測試。
在影像壓縮軟體的部份,以JPEG壓縮格式進行設計,並且分別在個人電腦以及星上電腦部份的測試,並且於地面站設計一介面以解碼並顯示所拍攝之圖資;在星上飛行軟體的規劃方面,首先針對微衛星所使用的軟體定義出需求以及差異,並且將影像軟體的部份分為四個區塊,將依序開發並且測試;酬載與星上電腦的整合則必須要考慮到星上電腦與酬載的控制,以及藉由地面站的控制測試子系統整合之情形。
星上影像軟體的建立對於微衛星TUUSAT-1之發展有相當的幫助,影像壓縮軟體可以大幅減少通訊傳輸所需要的時間,並藉由酬載飛行軟體的開發,可以提高酬載子系統模組化程度。
英文摘要 The main objective of these contains is based on the mission of TUUSAT-1 micro satellite, envelop the image payload, and design the image processing software for micro satellite. This research contains the development of image compress software and the software efficiency test. And to plan the fly-software (FSW) of micro satellite. The design of the payload software embedded in the ground station software, and integrated test between payload and on-board computer (OBC).
In the part of image compress software, designed to use the JPEG format in the software, and test the compress software on the PC platform and on-board computer platform. Then design an interface to decode the image data and display the image at the ground station. In the plan of imagery fly software, in first, to define the requirement and difference between satellite and PC, and divided the image software into four parts, then develop the software and test one by one. The integrated of payload and on-board computer must considering the control process between them, and test with ground station.
The development of onboard image software is helpful to the micro satellite TUUSAT-1, the image compress software can reduce the communication time in transmission and for the purpose of development of image payload of fly software, the level of payload module will grow up.
論文目次 目錄
表目錄 IV
圖目錄 V
第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3各國影像衛星簡介 2
1-3-1國內之情形 4
1-3-2國外之情形 4
1-4論文架構 6
第二章 衛星任務與酬載子系統 7
2-1 TUUSAT之任務簡介 7
2-1-1 衛星任務 7
2-2 微衛星系統架構 8
2-3影像酬載子系統簡介 12
2-3-1 TUUSAT早期影像酬載子系統之簡介 12
2-3-2 近年開發之影像酬載子系統 13
2-4 星上影像酬載軟體的設計需求 16
2-4-1 飛行軟體之簡介 19
2-4-2 星上影像處理架構與飛行軟體定位規劃 20
2-5 星上影像酬載軟體之開發環境與流程 24
2-5-1 影像酬載軟體的開發環境 25
2-5-2 酬載軟體的開發流程 27
第三章 星上影像壓縮軟體的建立 29
3-1 壓縮軟體簡介 31
3-1-1 影像壓縮流程 31
3-1-2 非標準之JPEG壓縮演算法 36
3-2 壓縮測試實驗 37
3-2-1 於PC端之測試 37
3-2-2 於星上電腦之壓縮測試 39
第四章 酬載子系統與星上電腦之整合 44
4-1 酬載子系統之TASK設計 44
4-2 拍照邏輯與姿態判定 45
4-2-1 拍攝區域之設計 47
4-2-2座標轉換 48
4-2-3 衛星姿態判定 49
4-3 酬載子系統運作模擬 52
第五章 地面站雲圖接收介面之建立 55
5-1 地面站軟體之簡介 55
5-2 地面站雲圖接收介面之設計 56
5-2-1 雲圖接收之介面 56
5-2-2 影像解碼與模組控制 57
5-3 地面站雲圖接收介面之測試 59
5-3-1 影像酬載之遙控測試 59
第六章 結論與未來展望 60
附錄一 62
附錄二 63
參考文獻 65
表目錄
表1-1 微衛星遙測任務 5
表2-1 衛星之軌道參數 7
表 2-2 影像感測器的規格 15
表 2-3 影像模組的電源估算 15
表3-1 320*240雲圖於PC壓縮後之結果 38
表3-2 640*480雲圖於PC壓縮後之結果 38
表3-4 320*240雲圖於星上電腦壓縮測試表 41
表3-5 640*480雲圖於星上電腦壓縮測試表 42
表3-6 以更高量化比的量化表 43
表5-1 地面站軟體功能簡介 55
圖目錄
圖2-1 微衛星系統架構圖 9
圖2-2 TUUSAT衛星結構圖 11
圖2-3 TUUSAT-1衛星本體 13
圖2-4 TUUSAT-1酬載子系統 13
圖2-5 影像酬載子系統的雲圖拍攝模組 14
圖2-6 酬載次系統設計流程 17
圖2-7 飛行軟體架構 21
圖2-8 任務模式 22
圖2-9 運行模式 Download Mode 23
圖2-10 運行模式Capture Mode 24
圖2-11 衛星電腦系統之開發環境 25
圖2-12 CodeWarrior開發環境的視窗介面 26
圖2-13 CodeWarrior環境下程式開發流程 28
圖3-1 整個圖片分割成多個 8x8 點的小方塊 34
圖3-2 鋸齒狀掃描 (zigzag scan) 的順序 35
圖3-3 非標準壓縮流程圖 36
圖3-4 測試用之雲圖 40
圖3-5 左、中、右分別為低、中、高之量化細節 42
圖3-6 左為1.5倍高度量化表,右為2倍高度量化之量化比 43
圖4-1 酬載TASK軟體 45
圖4-2 衛星繞Z軸轉示意圖 46
圖4-3 拍照邏輯流程 46
圖4-4 衛星拍攝區域 48
圖4-5 座標轉換圖 49
圖4-6 邏輯判定示意圖 51
圖4-7 衛星移動示意圖 52
圖4-8 酬載子系統測試流程 53
圖4-9 傳輸模式流程圖 54
圖5-1 地面站雲圖接收軟體之介面 57
圖5-2 JPEG解壓縮流程 58
參考文獻 [1] 張博淵。【微衛星雲圖觀測任務與酬載設計】,碩士論文,淡江大學機械與機電工程學系,2004。
[2] 李經傑,【微星TUUSAT-1酬載模擬試驗】,碩士論文,中央大學機械系,2000。
[3] 鐘沅廷,【微衛星TUUSAT-1A之CCD酬載系統模組化與影像壓縮軟體之設計】,碩士論文,淡江大學機械與機電工程學系,2005。
[4] http://www.micrium.com/ (2006/06/10)
[5] Metrowerks Co. , ”CodeWarrior Development Tools IDE 5.1 User Guide ” , October 2002
[6] Motorola Inc. , ”CodeWarrior Development Studio MPC5XX
Edition Version 8.1 Targeting Manual”, March 2004
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[8] http://www.pemicro.com/ (2005/06/22)
[9] 鐘國亮 編著,【資料壓縮的原理與應用】,全華科技圖書股份有限公司,2002。
[10] 李文強,【微衛星電腦系統之即時功能與飛行軟體規劃】,碩士論文,淡江大學機械與機電工程學系,2005。
[11] 洪祖昌、馬德明、王文俊、莊繞棠、蕭述三、李世榮、林清一、董必正 , “小(微)衛星總體設計與系統工程分析研究計畫” , 計畫編號 NSC 87-2612-E-008-006 , 國科會專題研究報告 , 1998
[12] http://www.nspo.org.tw / (2006/05/19)
[13] http://www.sstl.co.uk/index.php?loc=61 (2006/07/01)
[14] http://www.sstl.co.uk/index.php?loc=63 (2006/07/01)
[15] J.R. Wertz and W.J. Larson, Space Mission Analysis and Design, Kluwer Academic Publishers, 1991.
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