CN112764377B - 一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置和调整方法 - Google Patents

Abstract

一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置涉及光学遥感成像技术领域，解决了现有无法实现高频率高精准的行时间设置而影响相机系统的成像效果的难题，该装置包括：上位机、数据通信总线、高速逻辑门阵列器件、光电探测器和高速数据接口，数据通信总线连接上位机，高速逻辑门阵列器件连接数据通信总线、光电探测器和高速数据接口；上位机能够根据卫星平台轨道参数计算光电探测器的行时间生成行时间设置指令，高速逻辑门阵列器件能够根据接收到的行时间设置指令进行线性插值得到行时间控制信号，并能够将行时间控制信号发送至光电探测器。本发明有效缓解数据通信总线的压力，可靠性高，易实现，实现精确的行时间调整，能获取高质量的图像数据。

Description

一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置和调整方法

技术领域

本发明涉及光学遥感成像技术领域，具体涉及一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置和调整方法。

背景技术

推扫光学遥感相机主要基于线阵的TDI CCD或TDI CMOS光电探测器设计实现，其工作原理是每行像元对目标进行曝光，将目标的光信号转换为一定数量的电荷，同时随着相机与目标的相对运动，曝光后的电荷也将进行行间转移并对同一目标重新曝光，以实现对相同目标多次的重复曝光，完成曝光电荷的累加，从而有效提高成像系统对目标的探测能力。在整个推扫成像过程中，要求感光电荷的移动速度与地物目标的像移速度相匹配，这样才能获取清晰的图像数据，而卫星在轨运动过程中，其运行速度可能在变化，因此导致相机的行时间需要进行相应调整，这就要求卫星在相机成像过程中，需要对相机的行时间进行设置。

目前常用的方案是利用CAN或RS422等通信总线向相机成像系统发送行时间设置指令，实现成像系统的行时间设置，行时间设置指令的发送频率一般为1Hz，即1s发送一次行时间设置指令。在相机系统中，除了该条指令外，实际上通信总线上还传输了很多遥控指令与遥测状态参数，总线的利用率较高。如果针对某些特殊需求或要实现更高精度的像移匹配，那么相机成像系统的行时间更新频率就要更高，如行时间更新频率为100Hz或1kHz等，按照常规的设计方法，直接提高行时间指令的发送频率，但可能受实际传输带宽的限制，行时间指令的更新频率仍无法达到预期的指标，无法满足具体的应用需求，不能实现精准的行时间设置，影响相机系统的成像效果。

因此，为获取高质量的图像数据，满足推扫光学遥感相机高频率的行时间设置需求，实现精确的像移匹配，须研究出一种能够实现行时间实时调整的装置与方法，在保证高频率行时间更新的同时，并能有效缓解数据通信总线的压力，降低系统调试难度，实现高效率、高可靠、易测试的相机成像系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置和调整方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置，包括：上位机、数据通信总线、高速逻辑门阵列器件、光电探测器和高速数据接口，所述数据通信总线连接上位机，高速逻辑门阵列器件连接数据通信总线、光电探测器和高速数据接口；所述上位机能够根据卫星平台轨道参数计算光电探测器的行时间生成行时间设置指令，所述数据通信总线能够将上位机的行时间设置指令发送至高速逻辑门阵列器件；所述高速逻辑门阵列器件能够根据接收到的行时间设置指令进行线性插值得到行时间控制信号，并能够将行时间控制信号发送至光电探测器；所述光电探测器能够根据接收的行时间控制信号进行时间调整。

一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的调整方法，包括如下步骤：

步骤一、高速逻辑门阵列器件根据数据通信总线发送的t_i时刻的行时间T_i和行时间T_i的增量Δ_i进行线性插值，得到行时间控制信号，进行步骤二；

步骤二、高速逻辑门阵列器件向光电探测器输出行时间控制信号T_ij＝T_i+j×Δ_i，进行步骤三；其中，设初始的j值为0；

步骤三、光电探测器接收T_ij并据此进行行时间调整，j’＝j+1，j＝j’，判断j是否等于n，n表示t_i时刻～t_i+1时刻被平均分成的份数，若j≠n时，则返回步骤二，若j＝n，则进行步骤四；

步骤四、i’＝i+1，i＝i’，返回步骤一。

本发明的有益效果是：

本发明的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置通过行时间设置指令、数据通信总线和高速逻辑门阵列器件实现精确的行时间调整，使光电探测器的电荷转移与地物目标的像移相匹配，获取高质量的遥感图像数据，最终利用高速数据接口输出高质量的图像数据。本发明的一种推扫光学遥感相机的行时间实时调整装置的可靠性高、易实现，能够有效缓解数据通信总线的压力。

本发明一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的调整方法在未占用通信总线过多资源的情况下，实现了实时行时间调整功能，是一种高可靠、易实现的推扫光学遥感相机行时间实时调整方法。

附图说明

图1为本发明的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的组成框图。

图2为本发明的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的调整方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置，如图1，包括上位机和相机成像系统，相机成像系统包括数据通信总线、高速逻辑门阵列器件(高速FPGA)、光电探测器和高速数据接口。数据通信总线连接上位机，高速逻辑门阵列器件连接数据通信总线、光电探测器和高速数据接口。上位机能够根据卫星平台轨道参数计算相机成像系统在某时刻的行时间，生成行时间设置指令，即计算某时刻的光电探测器的行时间生成行时间设置指令。数据通信总线能够将上位机的行时间设置指令发送至高速逻辑门阵列器件。高速逻辑门阵列器件能够根据接收到的行时间设置指令，应用线性插值方法进行线性插值，得到行时间控制信号，高速逻辑门阵列器件将行时间控制信号发送至光电探测器。光电探测器接收行时间控制信号并据此进行时间调整。

上述行时间设置指令的指令参数包括行时间及行时间的增量(即步长)。

光电探测器用于探测产生图像数据，图像数据顺次通过高速FPGA和高速数据接口将输出。高速数据接口主要用于输出相机成像系统所采集的图像数据，其可以是基于TLK2711的高速串行差分数据接口或DS90CR287的CAMERALINK接口等。

实时行时间调整装置还包括电源系统，电源系统为相机成像系统提供工作所需的多种电压，电源系统连接高速逻辑门阵列器件和光电探测器，为高速逻辑门阵列器件和光电探测器供电。

上述数据通信总线可以是CAN、RS422或1553B等，CAN、RS422或1553B数据通信总线均采用相应的专用接口芯片设计。上位机可以由卫星的中心计算机或者是相机控制器来实现。

本发明的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置通过行时间设置指令、数据通信总线和高速逻辑门阵列器件实现精确的行时间调整，以使光电探测器的电荷转移与地物目标的像移相匹配，获取高质量的遥感图像数据，最终利用高速数据接口输出高质量的图像数据。由于该装置利用高速逻辑门阵列器件实现高频率的行时间设置，不需要占用过多的数据通信总线资源，所以可有效缓解数据通信总线的压力，是一种高可靠、易实现的推扫光学遥感相机行时间实时调整装置。本发明的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置在保证高频率行时间更新的同时，也能够有效缓解数据通信总线的压力，降低相机成像系统调试难度，实现高效率、高可靠、易测试的相机成像系统。

一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的调整方法，具体方法如下：

高速逻辑门阵列器件接收上位机通过数据通信总线发送的行时间设置指令，指令参数包括行时间和行时间的增量。

步骤一、高速逻辑门阵列器件根据数据通信总线发送的t_i时刻的行时间T_i和行时间T_i的增量Δ_i进行线性插值，得到行时间控制信号T_ij，进行步骤二；t_i时刻为上述某时刻。

步骤二、高速逻辑门阵列器件向光电探测器输出行时间控制信号T_ij＝T_i+j×Δ_i，进行步骤三，其中，j为变量，j用于计算插值的节拍数，设初始的j为0；

步骤三、光电探测器接收T_ij并据此进行行时间调整，光电探测器输出图像数据，j’＝j+1，j＝j’，判断j是否等于n，n表示t_i时刻～t_i+1时刻这一时间段被平均分成的份数，若j≠n时，则返回步骤二，若j＝n，则进行步骤四；

步骤四、i’＝i+1，i＝i’，返回步骤一。

t_i时刻～t_i+1时刻这一时间段平均分为n等份，n为正整数，n决定了行时间调整频率的高低，可根据相机成像系统的具体要求设定，如果更新频率要求更高，则n的数值越大。一个行时间设置指令的循环如图2所示。设初始j＝0，高速逻辑门阵列器件每输出一次行时间控制信号时，j的值自动加1，更新j值，利用更新后的j值重新执行步骤二和步骤三。当j值等于n时，i的值自动加1，更新i值，利用更新后的i值重新执行步骤一至步骤四，也就是相当于j<n是进行T_ij循环，当j＝n时，停止该T_ij循环，根据接收到的指令参数T_i+1和步长Δ_i+1重新开始循环设定t_i+1时刻～t_i+2时刻的行时间(初始的j＝0，也就相当于再步骤一中包括令j＝0的步骤)。当上位机通过数据通信总线向高速逻辑门阵列器件发送停止信号时停止光电探测器的实时行时间调整，通常步骤四为：高速逻辑门阵列器件判断是否接收到停止指令，若无停止指令，i’＝i+1，用i’更新i，返回步骤一，若有停止指令，实时行时间调整结束。

本发明一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的调整方法在未占用通信总线过多资源的情况下，实现了实时行时间调整功能。本发明一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的调整方法是一种高可靠、易实现的推扫光学遥感相机行时间实时调整方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置，其特征在于，包括：上位机、数据通信总线、高速逻辑门阵列器件、光电探测器和高速数据接口，所述数据通信总线连接上位机，高速逻辑门阵列器件连接数据通信总线、光电探测器和高速数据接口；所述上位机能够根据卫星平台轨道参数计算光电探测器的行时间生成行时间设置指令，所述数据通信总线能够将上位机的行时间设置指令发送至高速逻辑门阵列器件；所述高速逻辑门阵列器件能够根据接收到的行时间设置指令进行线性插值得到行时间控制信号，并能够将行时间控制信号发送至光电探测器；所述光电探测器能够根据接收的行时间控制信号进行时间调整。

2.如权利要求1所述的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置，其特征在于，所述光电探测器探测的图像数据顺次通过高速逻辑门阵列器件和高速数据接口输出。

3.如权利要求1所述的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置，其特征在于，还包括连接高速逻辑门阵列器件和光电探测器的电源系统。

4.如权利要求1所述的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置，其特征在于，所述数据通信总线采用CAN、RS422或1553B。

5.如权利要求1所述的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置，其特征在于，所述行时间设置指令的指令参数包括行时间及行时间的增量。

6.如权利要求5所述的一种推扫光学遥感相机的实时行时间调整装置的调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、高速逻辑门阵列器件根据数据通信总线发送的t_i时刻的行时间T_i和行时间T_i的增量Δ_i进行线性插值，得到行时间控制信号，进行步骤二；

步骤二、高速逻辑门阵列器件向光电探测器输出行时间控制信号T_ij＝T_i+j×Δ_i，进行步骤三；其中，设初始的j值为0；

步骤三、光电探测器接收T_ij并据此进行行时间调整，j’＝j+1，j＝j’，判断j是否等于n，n表示t_i时刻～t_i+1时刻被平均分成的份数，若j≠n时，则返回步骤二，若j＝n，则进行步骤四；

步骤四、i’＝i+1，i＝i’，返回步骤一。

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