一种通用化星载可见光成像器地面检测设备

技术领域

本发明涉及航天技术领域。更具体地，涉及一种通用化星载可见光成像器地面检测设备。

背景技术

目前，随着临近空间飞行器对地观测任务和空间合作/非合作目标探测任务日益盛行，可见光成像器也逐渐成为空间飞行器探测载荷中不可或缺的设备。在可见光成像器正式验收交付时需要对设备功能进行全面检测，但由于可见光成像器专业性较强，应用背景差别较大，相应的测试设备也具有一定差异性，亟需便携通用化的可见光成像器地面检测设备。本发明公开了具有一定通用性和灵活性的可见光成像器地面检测设备，实现了可见光成像器自检、参数配置等指令发送，完成了图像的接收存储和显示。设备完全自主开发，板卡设计做了冗余处理，可适应后续更高性能需求，结合实验室已有的台式PC机即组成本套设备，节约了研制成本，并可推广应用于多型号空间飞行器可见光成像器设备地面检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用化星载可见光成像器地面检测设备，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种通用化星载可见光成像器地面检测设备，包括：

终端，用于根据客户指示生成控制指令和配置信息，并下发至控制总线配置板卡和图像数据采集板卡；

总线配置板卡，用于接收终端发送的配置信息和控制指令，将配置信息发送至可见光成像器；

图像数据采集板卡，用于接收可见光成像器发送的图像数据，并将所述图像数据将发送给终端；还用于根据终端的控制指令，向可见光成像器发送曝光信号同步脉冲。

可选地，所述总线配置板卡和图像数据采集板卡通过PCIe接口集成在终端中。

可选地，所述图像数据采集板卡包括：

LVDS接口模块，用于接收可见光成像器发送的LVDS图像数据；

DDR模块，包括

第一区域，用于存储接收到的LVDS图像数据中的近距图像，

第二区域，用于存储接收到的LVDS图像数据中的远距图像，

第三区域，用于存储需要通过PCIe接口发送到终端的图像数据；

PCIE模块，用于将图像数据发送给上位机，并响应上位机同步脉冲命令。

可选地，总线配置板卡包括

CAN收发器控制模块，用于配置CAN收发器的速率和使能状态；

指令接收解析组包发送模块，用于接收解析终端下发的指令，并根据可见光成像器通讯协议规定组成相应的指令通过CAN总线发送给可见光成像器；

PCIe数据收发模块，用于接收终端指令，并将可见光成像器设备CAN总线应答数据发送至终端。

可选地，所述总线配置板卡通过PCIe接口接收终端发送的配置信息，并通过2路CAN总线将配置信息发送给可见光成像器。

可选地，每路CAN总线的CAN收发器设有120欧姆终端匹配电阻，通过跳线选择是否配置。

可选地，终端包括上位机系统包括

配置模块，用于根据控制指令生成总线配置板卡、图像数据采集板卡和可见光成像器的配置信息，

指令下发模块，用于下发控制指令以控制总线配置板卡、图像数据采集板卡和可见光成像器；

存储模块，用于图像数据采集板卡传输的图像数据；

可视化模块，用于显示图像数据采集板卡传输的图像数据。

可选地，所述配置信息包括CAN总线通道设置信息、CAN总线波特率、可见光相机远焦距参数和可见光相机近焦距参数。

可选地，可视化模块图像显示的模式包括

单帧图像显示和流媒体播放显示，

在流媒体播放显示模式下，图像能够回放；

在单帧显示模式下，能够显示任一位置下图像的像素点的位置和像素信息。

可选地，

所述设备还包括硬件板卡数据处理系统，所述硬件板卡数据处理系统包括

LVDS数据解析接收模块，用于接收并解析可见光成像器设备发送过来的远距图像数据和近距图像数据；

DDR3数据缓存模块，用于将接收到的远距图像数据、近距图像数据存储至DDR模块分配好的区域内；

PCIe数据收发模块，用于将可见光成像器图像数据的组包发送至终端，并响应终端曝光信号同步脉冲命令。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的一种通用化星载可见光成像器地面检测设备，能够实现可见光成像器自检、参数配置等指令发送，完成图像的接收存储和显示。设备完全自主开发，板卡设计做了冗余处理，可适应后续更高性能需求，结合实验室已有的台式PC机即组成本套设备，节约了研制成本，并可推广应用于多型号空间飞行器可见光成像器设备地面检测。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一个实施例可以应用于其中的示例性系统架构图。

图2示出本发明的一个实施例可以实现的LVDS图像数据采集板卡组成框图。

图3示出本发明终端的显示界面。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图1-3对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种通用化星载可见光成像器地面检测设备，包括：

终端，用于根据客户指示生成控制指令和配置信息，并下发至控制总线配置板卡和图像数据采集板卡；

总线配置板卡，用于接收终端发送的配置信息和控制指令，将配置信息发送至可见光成像器；

图像数据采集板卡，用于接收可见光成像器发送的图像数据，并将所述图像数据将发送给终端；还用于根据终端的控制指令，向可见光成像器发送曝光信号同步脉冲。

具体的，所述终端包括PC机，所述总线配置板卡和图像数据采集板卡通过PCIe接口集成在PC机中；可见光成像器接收到曝光信号同步脉冲后，作为图像曝光的时间起点。

一个实施例中，

图像数据采集板卡包括：LVDS接口模块、DDR模块和PCIE模块；

LVDS接口模块，用于接收可见光成像器发送的LVDS图像数据；

DDR模块，包括

第一区域，用于存储接收到的LVDS图像数据中的近距图像，

第二区域，用于存储接收到的LVDS图像数据中的远距图像，

第三区域，用于存储需要通过PCIe接口发送到终端的图像数据；

PCIE模块，用于将图像数据发送给上位机，并响应上位机同步脉冲命令。

终端与图像数据采集板卡之间通过PCIe接口通讯，终端接收图像数据时，第一区域和第二区域中的图像数据移至第三区域，通过PCIe接口发送到终端。

在一个可能的实施方式中，

图像数据采集板卡为LVDS图像数据采集板卡，其组成框图如图2所示；

其中，主控芯片采用Xilinx公司Spartan6系列的6SLX45T产品，

主控芯片采用45nm工艺制作，具有1080Mb/s LVDS和3.2Gb/s串行收发器，用于提供主流存储器接口速度，如800Mb/s的DDR3；

主控芯片外挂两组64MB DDR3，用于满足图像数据在峰值传输时对数据的缓存；

LVDS图像数据采集板卡的LVDS接口芯片采用TI公司的SN55LVS32；

RS422串行通讯接口芯片采用DS26LV31W；

LVDS图像数据采集板卡的DC/DC电源选用Linear公司的LTM4644，支持4路独立输出，提供最大4A电流输出，通过LTM4644将12V直流电压转换为AUX3.3V、3.3V、1.5V、0.75V为各功能芯片供电。器件明细见表1。

表1 LVDS图像数据采集板卡器件明细

一个实施例中，总线配置板卡为CAN总线配置板卡采用Xilinx公司Spartan6系列的FPGA作为主控芯片，

总线配置板卡通过PCIe接口，接收终端发送的配置信息，并通过2路CAN总线将配置信息发送给可见光成像器。

总线配置板卡包括

CAN收发器控制模块，用于配置CAN收发器的速率和使能状态；

指令接收解析组包发送模块，用于接收解析终端下发的指令，并根据可见光成像器通讯协议规定组成相应的指令通过CAN总线发送给可见光成像器；

PCIe数据收发模块，用于接收终端指令，并将可见光成像器设备CAN总线应答数据发送至终端。每路CAN总线的CAN收发器设有120欧姆终端匹配电阻，通过跳线选择是否配置。

一个实施例中，终端包括上位机系统包括

终端包括上位机系统包括

配置模块，用于根据控制指令生成总线配置板卡、图像数据采集板卡和可见光成像器的配置信息，

指令下发模块，用于下发控制指令以控制总线配置板卡、图像数据采集板卡和可见光成像器；

存储模块，用于图像数据采集板卡传输的图像数据；

可视化模块，用于显示图像数据采集板卡传输的图像数据。

所述配置信息包括CAN总线通道设置信息、CAN总线波特率、可见光相机远焦距参数和可见光相机近焦距参数。

下发的控制指令包括可见光成像器自检指令、自检结果查询指令、LVDS通道检查指令、配置下传指令、待机指令、远距测量指令、远焦距图像采集指令和近焦距图像采集指令。

可视化模块图像显示的模式包括

单帧图像显示和流媒体播放显示，

在流媒体播放显示模式下，图像能够回放；

在单帧显示模式下，能够显示任一位置下图像的像素点的位置和像素信息。

一个实施例中，

所述设备还包括硬件板卡数据处理系统，所述硬件板卡数据处理系统包括

LVDS数据解析接收模块，用于接收并解析可见光成像器设备发送过来的远距图像数据和近距图像数据；

DDR3数据缓存模块，用于将接收到的远距图像数据、近距图像数据存储至DDR模块分配好的区域内；

PCIe数据收发模块，用于将可见光成像器图像数据的组包发送至终端，并响应终端曝光信号同步脉冲命令。

具体的一个实施例中

一种通用化星载可见光成像器地面检测设备包括：PC机、CAN总线配置板卡、LVDS图像数据采集板卡、运行在PC机的上位机软件，两套基于FPGA的PCIE自研板卡集成在PC机中；

运行在PC机的上位机软件基于Labview开发，能够配置可见光成像器的参数，实时显示和回放可见光成像器传输的图像数据；显示图像中任一像素点位置和像素信息。

通过上位机软件和CAN总线配置板卡能够对可见光成像器的参数进行配置，还能使得可见光成像器进行自检；

通过上位机软件和LVDS图像数据采集板卡能够接收、存储和显示可见光成像器发送的图像数据。

一种通用化星载可见光成像器地面检测设备还包括

运行在PC机的硬件板卡数据处理软件，硬件板卡数据处理软件采用模块化设计思路，便于后续需求更改后的升级与维护。LVDS图像数据采集板卡逻辑设计为三部分：LVDS数据解析接收、DDR3数据缓存、PCIe数据收发。CAN CAN总线配置板卡逻辑设计为三部分：CAN收发器控制、指令接收解析组包发送、PCIe数据收发。如果可见光成像器升级或数据协议更改，只需对LVDS数据解析接收模块和CAN卡指令接收解析组包发送模块的逻辑进行调整，即可完成测试设备的更改升级。因此，本套设备具有一定的通用性和灵活性。

一个可能的实施方式，

1)可见光成像器地面检测设备的供电插座为防反插插座，上电之前测量是否短路；

2)可见光成像器地面检测设备需要ATX12V供电，供电后将拨动开关打开设备运行，拨动开关拨到另一侧设备停止运行；

3)电缆外部接口需要连接到相应的外部设备的相应接口信号，这些信号需要按照实际情况进行连接；

4)外部设备硬件接口连接好之后运行上位机软件，首先设置通道号、波特率和CAN打开状态；在电源控制区设置电源端口号、开关状态和电压电流阈值；LVDS存储区设置数据存储的路径；CAN控制区可点选发送可见光成像器指令；数据存储区显示LVDS接收数据状态、CAN收发帧数以及收发事件相关信息。

5)打开图像显示界面，在流媒体播放显示模式下，图像能够回放；在单帧显示模式下，能够显示任一位置下图像的像素点的位置和像素信息。

本发明所述可见光成像器地面检测设备目前已交付使用，目前使用过程中，最长连续运行时间为12小时，可见光相机地面检测设备以40M/s速度持续接收并显示图像信息，设备稳定运行并显示图像，未出现丢帧或卡顿等异常现象。

板卡软硬件完全自主开发，板卡底层逻辑和上位机软件均采用模块化设计思路，便于后续的维护更改和升级。板卡硬件设计做了冗余处理，可适应后续更高性能需求。该设备的新研产品为两套硬件板卡，结合实验室已有的台式PC机即组成本套设备，节约了研制成本，并可推广应用于多型号卫星可见光成像器设备地面测试。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。