CN109547749A - 一种星载成像设备数据传输与采集系统 - Google Patents

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皮海峰
温志刚
胡炳樑
孔亮
张昕
魏文鹏
刘文龙
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Abstract

本发明提供一种星载成像设备数据传输与采集系统，星载高分辨成像设备、数据接口转换设备及数据采集存储设备，数据接口转换设备包括TLK2711接收芯片、FPGA单元、USB3.0发送芯片、输出接口及数据缓存单元，TLK2711接收芯片通过输入连接器接收串行图像数据，并完成串行数据解串；FPGA单元的输入端与TLK2711接收芯片的输出端连接；数据输出单元包括USB3.0发送芯片及输出接口，输出接口采用USB3.0接口；输出接口通过传输线缆与输出接口连接。本发明经济、实用性好，该系统在数据采集存储端无需配置其他采集卡就可以方便的进行数据存储，解决了现有采用Camera‑Link转PCIe专用采集卡的星载成像设备数据传输与采集系统成本高的技术问题。

Description

一种星载成像设备数据传输与采集系统
技术领域
本发明涉及一种星载成像设备数据传输与采集系统。
背景技术
星载高分辨成像设备在地面验证阶段要求具备高效、实时的图像采集与存储系统，普通图像采集与存储系统的吞吐量严重不足，不能满足高分辨图像的实时数据采集和存储。若不能很好的解决高分辨、高带宽数据传输、采集、存储等问题，会严重影响其在地面验证阶段的充分性与可信性，进而无法保证载荷在太空运行的可靠性与稳定性，甚至会阻碍到高分辨成像技术的发展。因此设计一种用于对星载高速TLK2711数据接口的传输、采集与存储的地面应用系统显得尤为重要，可以为星载高分辨成像技术提供有力的技术支持。
TLK2711的应用方便了星载高分辨成像数据传输，而对于星载高分辨成像设备在地面演示验证阶段却并不能与采集存储计算机直接建立连接关系(目前计算机通用接口并无TLK2711传输接口)。
申请号为2018203539440的中国专利申请公开了一种星载高分辨成像数据传输与采集系统，该申请采用TLK2711传输接口与Camera-Link传输接口的转换电路进行数据的转换，但该方法需要Camera-Link转PCIe专用采集卡，工业化的Camera-Link图像采集虽然常见单售价比较昂贵。因此提供一种通用、便携的基于星上设备数据传输采集系统显得尤为重要。
发明内容
为了解决现有采用Camera-Link转PCIe专用采集卡的星载成像设备数据传输与采集系统成本高的技术问题，本发明提供一种星载成像设备数据传输与采集系统。
本发明技术解决方案是:
一种星载成像设备数据传输与采集系统，包括星载高分辨成像设备、数据接口转换设备及数据采集存储设备，所述星载高分辨成像设备包括TLK2711发送芯片及与TLK2711发送芯片输出端连接的输出连接器，其特殊之处在于：
所述数据接口转换设备包括输入连接器、TLK2711接收芯片、FPGA单元、USB3.0发送芯片、输出接口、数据缓存单元及供配电单元，
所述TLK2711接收芯片通过输入连接器与星载高分辨成像设备的输出连接器连接；
所述FPGA单元的输入端与TLK2711接收芯片的输出端连接；
所述FPGA单元包括数据合并逻辑模块及FIFO单元，所述数据合并逻辑模块用于将数据缓存单元中所存储的数据进行合并，所述FIFO单元用于将合并后的数据进行存储；
所述USB3.0发送芯片与FPGA单元双向通信，所述USB3.0发送芯片与输出接口相互通信，所述输出接口采用USB3.0接口；
所述数据缓存单元与FPGA单元连接，用于进行数据存储；
所述供配电单元TLK2711接收芯片、FPGA单元、USB3.0发送芯片的供电；
所述数据采集存储设备包括传输线缆及带有输入接口的存储计算机，所述输入接口通过传输线缆与输出接口连接，所述输入接口的类型为USB3.0接口。
进一步地，所述存储计算机还包括计算机内存、处理单元和大容量磁盘阵列；所述USB3.0输入接口通过桥接器连接计算机内存；所述计算机内存分为多个缓存模块，缓存模块的输出端接磁盘阵列；所述磁盘阵列用于实现计算机数据存储；所述处理单元用于控制计算机数据存储及显示。
进一步地，所述输出连接器及输入连接器均采用HSMHK连接器。
进一步地，所述FPGA单元所采用的FPGA型号为XC7K325T-1FBG900I。
进一步地，所述数据缓存单元为2片DDR2存储器件MT47H64M16HR芯片，MT47H64M16HR芯片数据位宽16bit。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
1、本发明经济、实用性好，该系统在数据采集存储端无需配置其他采集卡就可以方便的进行数据存储。
2、本发明充分利用了高速串行TLK2711接口和通用便携的USB3.0接口各自的优势，为星载高速串行总线TLK2711接口数据实时存储显示在计算机上提供一种新的便携可靠的技术途径，并为星载高速大数量设备开展地面阶段的演示验证提供了一种新的技术手段。
3、本发明提供的用于星载设备地面演示验证的数据传输与采集系统实现了将星载TLK2711数据传输接口数据实时、可靠的传输并采集存储至计算机，具有以下特点：通用、便携、误码率低、工作性能稳定等诸多优点。该系统具有广泛的应用前景，还可以用在如：高分辨成像光谱仪、立体测绘相机、高带宽数据压缩传输系统等诸多成像或非成像数据传输设备中。
4、星载成像设备数据传输与采集系统可提供1.6Gbps带宽的高速实时数据传输。
附图说明
图1为星载设备数据传输与采集系统的连接示意图；
图2为本本发明实施例数据传输接口转换设备结构组成图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明主要包括三部分，分别是数据源、数据接口转换设备、数据采集存储设备组成。在本发明具体实施案例中，数据源使用了星载高分辨成像设备；数据接口转换设备包括现场可编程阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)单元、数据串行输入单元、数据输出单元、数据缓存单元、供配电单元等组成，数据接口转换设备主要利用TLK2711完成高速差分串行数据解串，并将数据按照USB3.0传输协议发送出去至数据采集存储设备；数据采集存储设备是用来存储并显示图像数据的计算机。
(1)数据源
数据源指产生并发送本系统工作过程中的数据码流。具体到本案例，用星载高分辨成像设备作为数据源，采用1片TLK2711传输图像数据。数据输出连接器采用国产贵州航天电子公司生产的HSMHK连接器，传输线缆采用高速屏蔽双绞线。
(2)数据传输接口转换设备
数据接口转换设备的输入端与数据源相连，输出端与数据采集存储设备相连。数据传输接口转换设备完成TLK2711数据传输接口向USB3.0图像数据传输接口的转换，主要包括FPGA单元、数据串行输入单元、数据输出单元、数据缓存单元、供配电单元等组成。
数据串行输入单元由接口连接器、TTLK2711接收芯片；连接器与星载成像设备接口相连，采用贵州航天电子公司生产的HSMHK连接器；使用了1片TLK2711芯片，工作时钟100Mhz；TLK2711将输入的高速串行数据解码为16bit并行数据、1路100Mhz随路时钟、2路K/D编码控制信号；TLK2711将16bit并行数据通过总线的方式发送至FPGA控制单元进行数据处理。
FPGA单元接收数据串行输入单元输入的数据、时钟和控制信号，并将串行输入单元的数据存储进数据缓存单元，并根据输出单元的请求或按照既定的频率从数据缓存单元取出数据，后将读取的数据按照USB3.0传输协议发送至数据输出单元。
具体到本发明一个实际应用案例中，选用了Xilinx公司FPGA型号为XC7K325T-1FBG900I，内部数据合并逻辑模块将收到的2个16bit并行数据合并为1个32bit，而后存入内部FIFO模块，这是因为电路设计所选USB3.0采用了32bit数据并行输入，案例为了读取FIFO方便而采取的此种方式，因此FIFO位宽设置为32bit，位深根据图像大小具体设置。
数据缓存单元用来存储数据，具体到本发明实际应用案例，电路设计选用了Micron公司的2片DDR2存储器件MT47H64M16HR芯片，其单片数据位宽16bit。
数据输出单元由USB3.0连接器、USB3.0发送芯片组成，USB3.0发送芯片信号输入端连接FPGA的IO接口，输出端连接输出连接器；输出连接器连接高速数据采集设备的USB3.0接口。
(3)数据采集存储设备
高速数据采集存储设备主要指带有USB3.0的存储计算机。为了实现高速数据传输，本系统采用了高性能大容量存储计算机；其构成包括USB3.0接口、计算机内存、处理单元和磁盘阵列等组成；计算机内存分为多个缓存模块，其输出端接磁盘阵列；高速数据经内存缓存后写入磁盘阵列；磁盘阵列用于实现计算机数据存储；处理单元用于对计算机数据存储及显示的控制。
本发明提供的星载设备数据传输与采集正常工作过程中的操作流程如下：
(1)高速数据采集存储设备端根据实际需求按照USB3.0驱动，并安装用于数据存储与显示的专用软件系统；2)依次连接星载高分辨成像设备、高速数据传输接口转换板、高速数据采集存储设备；3)开启计算机图像采集控制用户软件，根据发端的图像分辨率大小(指图像分别由n行、m列组成)、位深等设置图像显示或存储格式；4)并相应的开启数据接口转换设备；5)开启星载高分辨成像设备并使其正常输出图像；数据采集存储设备进行数据实时存储与显示。

Claims (5)

1.一种星载成像设备数据传输与采集系统，包括星载高分辨成像设备、数据接口转换设备及数据采集存储设备，所述星载高分辨成像设备包括TLK2711发送芯片及与TLK2711发送芯片输出端连接的输出连接器，其特征在于：
所述数据接口转换设备包括输入连接器、TLK2711接收芯片、FPGA单元、USB3.0发送芯片、输出接口、数据缓存单元及供配电单元，
所述TLK2711接收芯片通过输入连接器与星载高分辨成像设备的输出连接器连接；
所述FPGA单元的输入端与TLK2711接收芯片的输出端连接；
所述FPGA单元包括数据合并逻辑模块及FIFO单元，所述数据合并逻辑模块用于将数据缓存单元中所存储的数据进行合并，所述FIFO单元用于将合并后的数据进行存储；
所述USB3.0发送芯片与FPGA单元双向通信，所述USB3.0发送芯片与输出接口相互通信，所述输出接口采用USB3.0接口；
所述数据缓存单元与FPGA单元连接，用于进行数据存储；
所述供配电单元TLK2711接收芯片、FPGA单元、USB3.0发送芯片的供电；
所述数据采集存储设备包括传输线缆及带有输入接口的存储计算机，所述输入接口通过传输线缆与输出接口连接，所述输入接口的类型为USB3.0接口。
2.根据权利要求1所述的星载成像设备数据传输与采集系统，其特征在于：
所述存储计算机还包括计算机内存、处理单元和磁盘阵列；所述输入接口通过桥接器连接计算机内存；所述计算机内存分为多个缓存模块，缓存模块的输出端接磁盘阵列；所述磁盘阵列用于实现计算机数据存储；所述处理单元用于控制计算机数据存储及显示。
3.根据权利要求1或2所述的星载成像设备数据传输与采集系统，其特征在于：
所述输出连接器及输入连接器均采用HSMHK连接器。
4.根据权利要求3所述的星载成像设备数据传输与采集系统，其特征在于：
所述FPGA单元所采用的FPGA型号为XC7K325T-1FBG900I。
5.根据权利要求4所述的星载成像设备数据传输与采集系统，其特征在于：
所述数据缓存单元为2片DDR2存储器件MT47H64M16HR芯片，MT47H64M16HR芯片数据位宽16bit。
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