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系統識別號 U0002-3108200509454800
中文論文名稱 微衛星TUUSAT-1A之CCD酬載系統模組化與影像壓縮軟體之設計
英文論文名稱 The Module Design of the CCD Payload System for a Microsat
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 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 鍾沅廷
研究生英文姓名 Yuan-Ting Chung
學號 692342776
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-07-25
論文頁數 87頁
口試委員 指導教授-洪祖昌
委員-謝清志
委員-莊智清
委員-蔡添壽
委員-陳裕愷
委員-洪祖昌
中文關鍵字 微衛星  影像壓縮  邏輯拍照  影像模組 
英文關鍵字 Microsatellite  image compression  logical photograph  CMOS payload modules 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本文主要針對微衛星TUUSAT-1A任務目的,設計氣象雲圖觀測酬載,研究工作包含1.壓縮軟體的建立2.拍照邏輯的判斷程式3.拍照模組的開發。首先將參考其他氣象遙測衛星的發展及設計,並針對氣象觀測任務,訂定酬載系統的需求與技術指標,並依這些需求定義規劃酬載的架構與功能。在壓縮軟體的建立方面,首先壓縮部分會介紹一般較為熟知的圖片格式,討論之間的優點和缺點,以及選定JPEG作為研究對象的動機,並介紹JPEG壓縮格式的流程,以及程式建立之後的圖片壓縮測試。由結果中可發現所壓縮的倍率最高達15倍以上,可有效的減少資料量以達到減少記憶體使用的目的。而在拍照邏輯部分,則會介紹當衛星進入拍攝區域時所需的拍照邏輯的判斷法則、原理以及所規劃的拍照區域大小,以及移植到衛星電腦上的過程與心得。最後在模組開發的部分,則根據CMOS和CCD之間的差別及優缺點和任務設計的需求,選擇適合開發的影像模組,並以體積小、重量輕、控制容易等原則設計,經過設計的模組可達到簡單、重量輕、容易安裝等需求。
壓縮軟體的建立對於TUUSAT-1A的發展上有相當的幫助,對於記憶體有限的星上電腦來說,此軟體的研究使衛星上電腦的資料儲存量增加許多,並且相對的減少很多的傳輸時間;拍照邏輯程式也根據拍照邏輯理論之需求以C語言撰寫而成,並成為飛行軟體中的一個副程式;在模組的設計方面,相較於前一代的模組設計,本文中所設計的模組在體積上可說是更加的縮小,重量也是更加的減少,對於微衛星的空間及重量的應用上將可以有更大的使用空間。
英文摘要 The main objective of the thesis contains the briefly principal introduction and description upon establishing the image compression software, realizing the development on logical photograph functions and CMOS payload modules for the Microsat. In the meanwhile, the thesis content also indicate some statements and developing status that quite a few other nations on remote functional experiment and testification phase. As regards the compression section, the well-known photographic format will be adopted much more at probing the advantages and disadvantages around the technology; furthermore, the final decision will also be made to determinate what type of photographic formats using for the compressing photograph on OBC. In addition, the evaluated criteria , theory and the boundaries of region within the essentially logical photograph will be introduced when a satellite gets into a filming region; moreover, the differences, advantages and disadvantages between CMOS and CCD will be probed into the detail comparison. And then determinate what type of photograph modules will be used in developing process by the comparative divergences, similarities, the requirements of designated task and the chief considering conditions. Finally, detail description on selected modules and recently developing phase will be listed and point out.
About the finite memory on OBC, the development of image compression software is useful for TUUSAT-1A. The development of this software increased much data that can save on OBC memory , and relative reduction much transmission time;According to the control logic requirement, the logical photograph functions were written in c language, and made that in the fly software;About the design of payload modules in this thesis, the payload volume and weight were more reduction then before. So the use of space is more convenient for a Microsat.
論文目次 摘要
目錄 I
表目錄 IV
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 TUUSAT-1介紹 2
1-3 研究目的 3
1-4 論文架構 4
第二章 遙測衛星簡介 5
2-1太空遙測的發展 5
2-2 遙測的應用 9
2-3 各國遙測衛星的發展 11
2-3-1美國 11
2-3-2以法國為首的歐洲國家 12
2-3-3台灣 14
2-3-4日本 16
2-3-5 其他亞洲國家的發展狀況 20
第三章 影像壓縮軟體的建立 23
3-1 影像之介紹 23
3-2 圖片的種類及比較 24
3-2-1 BMP 24
3-2-2 PCX 25
3-2-3 TGA 26
3-2-4 TIFF 26
3-2-5 GIF 27
3-2-6 JPEG 28
3-3 JPEG壓縮 30
3-3-1 JPEG壓縮原理 31
3-3-2 JPEG壓縮流程 32
3-4壓縮結果 40
第四章 影像感測器之拍照邏輯 43
4-1設計邏輯拍照所需的條件 44
4-1-1 拍攝區域之設計 44
4-1-2座標轉換 45
4-2 衛星姿態判定 47
第五章 酬載子系統設計 50
5-1照相模組設計流程 50
5-2 照相模組的基本組成 52
5-3電子影像模組 53
5-3-1 CMOS與CCD影像感測器 54
5-3-2 感測器之選擇 59
5-4 CMOS電路 61
5-5 CMOS 控制軟體 65
第六章 總結與未來展望 68
參 考 文 獻 70
附錄 72
程式碼 72

表目錄
表1-1 衛星的分類 2
表2-1 各種感測之比較 8
表2-2 LANDSAT規格表 12
表2-3 SPOT規格表 13
表2-4 華衛2號參數表 16
表2-5 GMS-5主要特性 17
表2-6 MOS-1B 主要特性 18
表2-7 ADEOS-2主要特性 19
表2-8 ADEOS-2主要感測器 19
表3-1 JPEG壓縮流程 38
表3-2 JPEG解壓縮流程 39
表4-1 邏輯拍照流程 44
表5-1 照相模組設計流程 51
表5-2 50301B規格表 60
表5-3 MASCLK頻率選擇表 65

圖目錄
圖2-1 賀伯風災後所拍攝的圖 14
圖2-2 九二一震災後所拍攝 14
圖3-1 整個圖片分割成多個 8X8 點的小方塊 33
圖3-2 鋸齒狀掃描 (ZIGZAG SCAN) 的順序 36
圖3-3 壓縮前需29K記憶體 40
圖3-4 壓縮後需9K記憶體 40
圖3-5 壓縮前需340K記憶體 41
圖3-6 壓縮後需66K記憶體 41
圖3-7 壓縮後需53K記憶體 41
圖3-8 壓縮後需23K記憶體 41
圖3-9 未壓縮的局部圖 41
圖3-10 為圖3-8的局部圖 41
圖4-1衛星繞Z軸轉示意圖 43
圖4-2衛星拍攝區域 45
圖4-3座標轉換圖 46
圖4-4 邏輯判定示意圖 48
圖4-5 衛星移動示意圖 49
圖5-1 CMOS結構圖 56
圖5-2 CCD 結構圖 56
圖5-3 CMOS模組 59
圖5-4 焦距計算視意圖 61
圖5-5 CMOS電路圖1 62
圖5-6 CMOS電路圖2 62
圖5-7 CMOS與MPC555介面電路 63
圖5-8 實體電路結構圖 63
圖5-9前一代影像模組 64
圖5-10 控制流程圖 64
圖5-11 提供給MASCLK的波形 66
圖5-12提供給VSYNC和HSYNC的方波 67
圖5-13 控制所需的訊號示意圖 67

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