CN108920553B - 一种用于机载多传感器平台的数据记录方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，由文件头、帧数据和索引表组成。本发明通过针对多传感器平台设计的帧数据格式和索引表格式来满足多传感器同时工作时不同类型、不同更新频率的帧数据的记录需求；在回放多传感器数据时，可以对各种类型的传感器数据进行高效索引，并且支持按照原始数据的更新频率来输出数据。

Description

一种用于机载多传感器平台的数据记录方法

技术领域

本发明涉及一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，具体是一种用于保存机载平台上多种传感器数据和相应传感器工作参数的数据记录格式。

背景技术

当今，飞机在军用和民用领域发挥着巨大作用，为了在更复杂的环境下使其仍能被正常操作，可见光成像、红外成像、激光雷达、毫米波雷达等成像传感器和包含先验信息的数据库系统开始被应用在各类飞行平台之上。利用机载数据库和多种传感器来合成外部场景图像的系统是增强合成视景系统。

在增强合成视景系统的开发过程中，所有传感器数据需要被实时记录下来以供后期分析检验。传感器每次输出将产生一帧数据，这些帧数据会因为传感器类型不同而具有不同的状态参数和更新周期。将所有帧数据以分立文件的形式保存虽易于实现，但不利于提高空间利用率和进行高效的数据管理，将所有数据在同一个文件中进行保存则需要兼顾数据记录过程和读取过程的高效性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、面向多源数据的用于机载多传感器平台的数据记录方法，从而提供传感器帧数据的高效有序记录并实现实时仿真回放。

本发明的目的是这样实现的，一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，至少包括机载多传感器；机载多传感器输出信号通过处理单元生成文件包括：文件头、帧数据、索引表、帧数据块、传感器索引表、帧数据块索引表；其中，索引表包含传感器索引表和帧数据块索引表；文件头、帧数据、索引表在顺序上依次排列；

在记录数据开始时，首先写入未初始化的文件头，并在内存中初始化一份索引表；然后，轮询各个传感器输出，将数据写入队列实现串行化；轮询的同时，从队列中取出数据写入存储器，随后更新内存中的索引表；当录制过程结束时，将索引表写入文件末尾；最后，根据索引表所处的位置和长度更新文件头；

在回放数据时，首先需根据文件头找到并加载传感器索引表；然后利用传感器索引表依次找到并加载各个类型的帧数据包索引表；为每一个帧数据包索引表创建数据指针，将数据指针指向对应帧数据包索引表的第一个片段；启动计时器，时间从0开始；轮询每一个索引表，当经过的时间不少于某一帧数据包索引表中当前片段所记录的时间偏移时，把该片段所记录的数据从对应类型的接口输出，随后将该帧数据包索引表的数据指针指向下一个片段；回放过程会在所有数据输出完毕或手动终止时结束。

所述的文件头是文件开始的24个字节，用于记录文件的文件编号、记录起始时间、传感器索引表偏移量、传感器索引表长度。

所述的文件编号用来记录文件的识别信息，占用8字节；

所述的记录起始时间记录了录制操作发生的起始时间点，这个时间是记录起始时间与2000年1月1日0时的时间差，单位是毫秒，占用8字节；

所述的传感器索引表偏移量用于记录索引表初始位置在文件中的偏移量，占用4字节；

所述的传感器索引表长度记录了索引表的总长度，占用4字节。

所述的帧数据是位于文件头之后的数据区域，用来记录从传感器获得的数据，帧数据由众多的帧数据块组成；帧数据的长度会随着录制过程的延续而不断增加。

所述的帧数据块是构成帧数据的基本单元，帧数据块包括成像数据块、坐标数据块、姿态数据块和二次信息数据块；帧数据块按不同传感器的输出类型分成12种：分别是可见光成像传感器-成像数据块、可见光成像传感器-姿态数据块、红外成像传感器-成像数据块、红外成像传感器-姿态数据块、激光雷达-成像数据块、激光雷达-姿态数据块、激光雷达-二次信息数据块、毫米波雷达-成像数据块、毫米波雷达-姿态数据块、毫米波雷达-二次信息数据块、平台姿态传感器-姿态数据块和GPS-坐标数据块；

所述的成像数据块是记录成像传感器图像数据的数据块，其中的图像数据按照传感器输出格式直接记录，数据块长度以实际数据量为准；

所述的坐标数据块是记录GPS坐标数据的数据块。坐标数据块长度为固定的24字节，分为3个8字节数据，分别为经度、纬度和高程信息，每个8字节数据都是一个双精度浮点数；

所述的姿态数据块是记录姿态传感器输出数据和成像传感器指向信息的数据块；姿态数据块长度为固定的24字节，分为3个8字节数据，先后分别为偏转、俯仰和横滚信息，每个8字节数据都记录一个双精度浮点数；

所述的二次信息数据块是记录激光雷达和毫米波雷达输出的目标信息的数据块；二次信息数据块由一个或多个完成的二次信息片段组成；二次信息片段的数量取决于雷达提取到的目标的数量。每个二次信息片段包含56个字节，以8字节为单位依次记录在提取目标时的雷达偏转、雷达俯仰、雷达横滚、目标中心点到传感器的距离、目标长度、目标宽度和目标高度，每个8字节数据都记录一个双精度浮点数。

所述的索引表位于帧数据之后，用于记录文件中所有帧数据块的索引信息；索引表由两类表组成：传感器索引表和帧数据块索引表；由一张传感器索引表和多张帧数据块索引表共同完成对帧数据块的索引。

所述的传感器索引表是用来记录所有帧数据块索引表的传感器帧数据块类型、帧数据块索引表偏移量和帧数据块索引表长度的表，其包含多个传感器索引表片段；每个传感器索引表片段总长度9字节，其中：帧数据块类型占用1字节，帧数据块索引表偏移量占用4字节，帧数据块索引表长度占用4字节；所述的帧数据块类型使用1字节描述帧数据块索引表所索引的数据块类型。

所述的帧数据块索引表用来记录每个同类型帧数据块的时间偏移、帧数据块偏移量和帧数据块长度，其包含多个帧数据块索引表片段；每个帧数据块索引表片段总长12字节，其中：时间偏移占用4字节，帧数据块偏移量占用4字节，帧数据块长度占用4字节；所述的时间偏移是数据产生时相对记录起始时间的时间增量，单位是毫秒。

本发明的效果是：采用本发明后，不同类型的帧数据可以通过单一文件形式被完整有效的记录，并且两级索引表实现了数据的高效索引；数据记录过程是面向变化的，当新数据块和过去的某一数据块一致时，可以只建立索引而不添加新数据块，这个特点可以为程序提供更多优化空间；文件的记录过程避免了在已有数据中执行插入操作，获取的数据可以依次写入存储器，这一特性可使数据记录模块或数据记录装置可以不使用复杂的文件系统，实现更简单，效率更高；在执行数据回放时，能有效体现不同数据间的更新频率差异。

附图说明

图1文件结构示意图；

图2文件头和索引表结构图；

图3四种基本帧数据块的结构；

图4帧数据块类型与对应的值；

图5多传感器帧数据记录流程；

图6多传感器帧数据回放流程。

图中，101、文件头；102、帧数据；103、索引表；104、独立帧数据块；105、传感器索引表；106、帧数据块索引表。

具体实施方式

实施例1

一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，至少包括机载多传感器；机载多传感器输出信号通过处理单元生成文件包括：文件头101、帧数据102、索引表103、帧数据块104、传感器索引表105、帧数据块索引表106；其中，索引表103包含传感器索引表105和帧数据块索引表106；文件头101、帧数据102、索引表103在顺序上依次排列；

在记录数据开始时，首先写入未初始化的文件头，并在内存中初始化一份索引表；然后，轮询各个传感器输出，将数据写入队列实现串行化；轮询的同时，从队列中取出数据写入存储器，随后更新内存中的索引表；当录制过程结束时，将索引表写入文件末尾；最后，根据索引表所处的位置和长度更新文件头；

在回放数据时，首先需根据文件头找到并加载传感器索引表；然后利用传感器索引表依次找到并加载各个类型的帧数据包索引表；为每一个帧数据包索引表创建数据指针，将数据指针指向对应帧数据包索引表的第一个片段；启动计时器，时间从0开始；轮询每一个索引表，当经过的时间不少于某一帧数据包索引表中当前片段所记录的时间偏移时，把该片段所记录的数据从对应类型的接口输出，随后将该帧数据包索引表的数据指针指向下一个片段；回放过程会在所有数据输出完毕或手动终止时结束。

实施例2

如图1和图2所示，所示，一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，至少包括机载多传感器；机载多传感器输出信号通过处理单元生成文件包括：文件头101、帧数据102、索引表103、独立帧数据块104、传感器索引表105、帧数据块索引表106；其中，文件头101、帧数据102、索引表103在顺序上依次排列；

所述的文件头101是文件开始的24个字节，用于记录文件的文件编号201、记录起始时间202、传感器索引表偏移量203、传感器索引表长度204；

所述的文件编号201用来记录文件的识别信息，占用8字节；

所述的记录起始时间202记录了录制操作发生的起始时间点，这个时间是记录起始时间与2000年1月1日0时的时间差，单位是毫秒，占用8字节；

所述的传感器索引表偏移量203用于记录索引表103初始位置在文件中的偏移量，占用4字节；

所述的传感器索引表长度204记录了索引表的总长度，占用4字节；

所述的帧数据102是位于文件头之后的数据区域，用来记录从传感器获得的数据，帧数据由众多的帧数据块104组成；帧数据的长度会随着录制过程的延续而不断增加；

如图3所示，所述的帧数据块104是构成帧数据的基本单元，帧数据块104包括成像数据块301、坐标数据块302、姿态数据块303和二次信息数据块304。帧数据块104按不同传感器的输出类型分成12种：分别是可见光成像传感器-成像数据块、可见光成像传感器-姿态数据块、红外成像传感器-成像数据块、红外成像传感器-姿态数据块、激光雷达-成像数据块、激光雷达-姿态数据块、激光雷达-二次信息数据块、毫米波雷达-成像数据块、毫米波雷达-姿态数据块、毫米波雷达-二次信息数据块、平台姿态传感器-姿态数据块和GPS-坐标数据块。

所述的成像数据块301是记录成像传感器图像数据的数据块，其中的图像数据按照传感器输出格式直接记录，数据块长度以实际数据量为准。

所述的坐标数据块302是记录GPS坐标数据的数据块。坐标数据块长度为固定的24字节，分为3个8字节数据，分别为经度、纬度和高程信息，每个8字节数据都是一个双精度浮点数。

所述的姿态数据块303是记录姿态传感器输出数据和成像传感器指向信息的数据块；姿态数据块长度为固定的24字节，分为3个8字节数据，先后分别为偏转、俯仰和横滚信息，每个8字节数据都记录一个双精度浮点数。

所述的二次信息数据块304是记录激光雷达和毫米波雷达输出的目标信息的数据块；二次信息数据块由一个或多个完成的二次信息片段305组成；二次信息片段的数量取决于雷达提取到的目标的数量。每个二次信息片段包含56个字节，以8字节为单位依次记录在提取目标时的雷达偏转、雷达俯仰、雷达横滚、目标中心点到传感器的距离、目标长度、目标宽度和目标高度，每个8字节数据都记录一个双精度浮点数。

所述的索引表103位于帧数据之后，用于记录文件中所有帧数据块的索引信息；索引表由两类表组成：传感器索引表105和帧数据块索引表106；由一张传感器索引表和多张帧数据块索引表共同完成对帧数据块的索引。

所述的传感器索引表105是用来记录所有帧数据块索引表的传感器帧数据块类型206、帧数据块索引表偏移量207和帧数据块索引表长度208的表，其包含多个传感器索引表片段205；每个传感器索引表片段总长度9字节，其中：帧数据块类型占用1字节，帧数据块索引表偏移量占用4字节，帧数据块索引表长度占用4字节；

所述的帧数据块类型206使用1字节描述帧数据块索引表所索引的数据块类型，图4记录了所有类型的数据块对应的类型值；

所述的帧数据块索引表106用来记录每个同类型帧数据块的时间偏移210、帧数据块偏移量211和帧数据块长度212，其包含多个帧数据块索引表片段209；每个帧数据块索引表片段总长12字节，其中：时间偏移210占用4字节，帧数据块偏移量占用4字节，帧数据块长度占用4字节；所述的时间偏移210是数据产生时相对记录起始时间202的时间增量，单位是毫秒。

图5是多传感器帧数据记录流程；

本发明中的一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，在记录数据开始时，首先写入未初始化的文件头，并在内存中初始化一份索引表；然后，轮询各个传感器输出，将数据写入队列实现串行化；轮询的同时，从队列中取出数据写入存储器，随后更新内存中的索引表；当录制过程结束时，将索引表写入文件末尾；最后，根据索引表所处的位置和长度更新文件头。

图6多传感器帧数据回放流程；

本发明中在回放数据时，首先需根据文件头找到并加载传感器索引表；然后利用传感器索引表依次找到并加载各个类型的帧数据包索引表；为每一个帧数据包索引表创建数据指针，将数据指针指向对应帧数据包索引表的第一个片段；启动计时器，时间从0开始；轮询每一个索引表，当经过的时间不少于某一帧数据包索引表中当前片段所记录的时间偏移时，把该片段所记录的数据从对应类型的接口输出，随后将该帧数据包索引表的数据指针指向下一个片段；回放过程会在所有数据输出完毕或手动终止时结束。

以上例举仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (2)

1.一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，其特征是：至少包括机载多传感器；机载多传感器输出信号通过处理单元生成文件包括：文件头（101）、帧数据（102）、索引表（103）、独立帧数据块（104）、传感器索引表（105）、帧数据块索引表（106）；其中，文件头（101）、帧数据（102）、索引表（103）在顺序上依次排列；

所述的文件头（101）是文件开始的24个字节，用于记录文件的文件编号（201）、记录起始时间（202）、传感器索引表偏移量（203）、传感器索引表长度（204）；

所述的帧数据（102）是位于文件头之后的数据区域，用来记录从传感器获得的数据，帧数据由众多的帧数据块（104）组成；帧数据的长度会随着录制过程的延续而不断增加；

所述的帧数据块（104）是构成帧数据的基本单元，帧数据块（104）包括成像数据块（301）、坐标数据块（302）、姿态数据块（303）和二次信息数据块（304）；帧数据块（104）按不同传感器的输出类型分成12种：分别是可见光成像传感器-成像数据块、可见光成像传感器-姿态数据块、红外成像传感器-成像数据块、红外成像传感器-姿态数据块、激光雷达-成像数据块、激光雷达-姿态数据块、激光雷达-二次信息数据块、毫米波雷达-成像数据块、毫米波雷达-姿态数据块、毫米波雷达-二次信息数据块、平台姿态传感器-姿态数据块和GPS-坐标数据块；

所述的成像数据块（301）是记录成像传感器图像数据的数据块，其中的图像数据按照传感器输出格式直接记录，数据块长度以实际数据量为准；

所述的坐标数据块（302）是记录GPS坐标数据的数据块；坐标数据块长度为固定的24字节，分为3个8字节数据，分别为经度、纬度和高程信息，每个8字节数据都是一个双精度浮点数；

所述的姿态数据块（303）是记录姿态传感器输出数据和成像传感器指向信息的数据块；姿态数据块长度为固定的24字节，分为3个8字节数据，先后分别为偏转、俯仰和横滚信息，每个8字节数据都记录一个双精度浮点数；

所述的二次信息数据块（304）是记录激光雷达和毫米波雷达输出的目标信息的数据块；二次信息数据块由一个或多个完成的二次信息片段（305）组成；二次信息片段的数量取决于雷达提取到的目标的数量；每个二次信息片段包含56个字节，以8字节为单位依次记录在提取目标时的雷达偏转、雷达俯仰、雷达横滚、目标中心点到传感器的距离、目标长度、目标宽度和目标高度，每个8字节数据都记录一个双精度浮点数；

所述的索引表（103）位于帧数据之后，用于记录文件中所有帧数据块的索引信息；索引表由两类表组成：传感器索引表（105）和帧数据块索引表（106）；由一张传感器索引表和多张帧数据块索引表共同完成对帧数据块的索引；

所述的传感器索引表（105）是用来记录所有帧数据块索引表的传感器帧数据块类型（206）、帧数据块索引表偏移量（207）和帧数据块索引表长度（208）的表，其包含多个传感器索引表片段（205）；每个传感器索引表片段总长度9字节，其中：帧数据块类型占用1字节，帧数据块索引表偏移量占用4字节，帧数据块索引表长度占用4字节；所述的帧数据块类型（206）使用1字节描述帧数据块索引表所索引的数据块类型；

所述的帧数据块索引表（106）用来记录每个同类型帧数据块的时间偏移（210）、帧数据块偏移量（211）和帧数据块长度（212），其包含多个帧数据块索引表片段（209）；每个帧数据块索引表片段总长12字节，其中：时间偏移（210）占用4字节，帧数据块偏移量占用4字节，帧数据块长度占用4字节；所述的时间偏移（210）是数据产生时相对记录起始时间（202）的时间增量，单位是毫秒；

在记录数据开始时，首先写入未初始化的文件头，并在内存中初始化一份索引表；然后，轮询各个传感器输出，将数据写入队列实现串行化；轮询的同时，从队列中取出数据写入存储器，随后更新内存中的索引表；当录制过程结束时，将索引表写入文件末尾；最后，根据索引表所处的位置和长度更新文件头；

在回放数据时，首先需根据文件头找到并加载传感器索引表；然后利用传感器索引表依次找到并加载各个类型的帧数据块索引表；为每一个帧数据块索引表创建数据指针，将数据指针指向对应帧数据块索引表的第一个片段；启动计时器，时间从0开始；轮询每一个索引表，当经过的时间不少于某一帧数据块索引表中当前片段所记录的时间偏移时，把该片段所记录的数据从对应类型的接口输出，随后将该帧数据块索引表的数据指针指向下一个片段；回放过程会在所有数据输出完毕或手动终止时结束。

2.根据权利要求1所述的一种用于机载多传感器平台的数据记录方法，其特征是：所述的文件编号（201）用来记录文件的识别信息，占用8字节；

所述的记录起始时间（202）记录了录制操作发生的起始时间点，这个时间是记录起始时间与2000年1月1日0时的时间差，单位是毫秒，占用8字节；

所述的传感器索引表偏移量（203）用于记录索引表（103）初始位置在文件中的偏移量，占用4字节；

所述的传感器索引表长度(204)记录了索引表的总长度，占用4字节。

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