CN113237465B - 高精度测绘相机的时间戳产生方法 - Google Patents

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Abstract

高精度测绘相机的时间戳产生方法，涉及一种时间戳方法，解决现有测绘相机在应用过程中，传输图像数据和时间戳产生在不同的时钟域，秒值和微秒值采用不同的使能信号，则采集时间戳过程中可能出现秒值和微秒值不同步更新的跳秒现象的问题，本发明中，组合秒脉冲包含三种工作状态：相机控制器输出的秒脉冲；微秒计数器计数到1999999时产生1个虚拟秒脉冲；以及当秒脉冲无效，检测到平台更新使能的脉冲后，若平台时标中的秒部分比输出时间戳中的秒部分大2s，则产生的1个虚拟秒脉冲。能保证在秒脉冲无效的自守时过程中，输出时间戳的更新周期不会超过2s。微秒计数器和秒计数器采用相同时钟域的使能信号进行锁定，避免采样不确定性而产生额外的时间戳误差。

Description

高精度测绘相机的时间戳产生方法
技术领域
本发明涉及一种时间戳方法，具体涉及一种高精度测绘相机的时间戳产生方法。
背景技术
测绘相机应用，通常使用星上秒脉冲和高精度时标进行守时，每间隔1秒更新一次；而在星上秒脉冲失效的情况下，使用平台时标来进行守时，每间隔8秒更新一次。为了减小自守时过程中晶体自身频率偏差的影响，仅在摄像的首行时刻和在接收到秒脉冲后的首个行同步脉冲时刻，输出时间戳；对于使用星上秒脉冲和高精度时标，直接使用秒脉冲的下降沿就更新输出的时间戳；而在星上秒脉冲失效的情况下，使用平台时标来进行守时，每间隔两秒就更新输出的时间戳。若平台时标计数比相机的守时计时快，则可能出现平台时标替换了相机计时更新的时刻，导致输出的时间戳更新周期不是两秒，而是四秒。传输图像数据和时间戳产生在不同的时钟域，若在跨时钟的过程中，秒值和微秒值采用不同的使能信号，则采集时间戳过程中可能出现秒值和微秒值不同步更新的跳秒现象。
发明内容
本发明为解决现有测绘相机在应用过程中，传输图像数据和时间戳产生在不同的时钟域，秒值和微秒值采用不同的使能信号，则采集时间戳过程中可能出现秒值和微秒值不同步更新的跳秒现象的问题，提供一种高精度测绘相机的时间戳产生方法。
高精度测绘相机的时间戳产生方法，该方法基于测绘成像系统实现，所述测绘成像系统包括电源转换电路、成像探测器、驱动和控制电路、成像控制器、数传接口电路、存储器和相机控制器；
电源转换电路为各部分提供供电电源；相机控制器将秒脉冲和行周期信号送入成像控制器，同时通过422总线与成像控制器进行交互控制；本地晶体振荡器作为成像控制器计数的参考时钟；成像控制器产生的驱动和控制信号，经驱动和控制电路后，送入成像探测器；存储器存储非均匀校正系数；成像探测器输出的数字图像数据，经成像控制器处理后，经数传接口电路输出；
所述成像控制器对相机控制器输出的秒脉冲进行有效性判断；
当检测到秒脉冲的下降沿后，微秒计数器的复位，然后微秒计数器在本地晶体振荡器提供的参考时钟控制下，在每个微秒递增一次；
当在下次秒脉冲的下降沿时，微秒计数器的计数值在频偏xppm，(ppm代表百万分之一)允许范围内，则认为秒脉冲有效；微秒计数器的计数值在频偏范围外检测到秒脉冲，或微秒计数器的计数值已经超过频偏允许的最大值后，则认为秒脉冲无效；
成像控制器在接收到相机控制器输出的行周期信号后，产生相应的工作时序，并在每行的曝光时刻输出代表曝光时刻的行同步信号；
Figure GDA0003088891750000021
式中，check_cnt_us为微秒计数器的计数值。
本发明的有益效果：
1、本发明所述的时间戳产生方法，组合秒脉冲包含三种工作状态：(1)相机控制器输出的秒脉冲；(2)微秒计数器计数到1999999时产生1个虚拟秒脉冲；(3)当秒脉冲无效，检测到平台更新使能的脉冲后，若平台时标中的秒值比输出时间戳中的秒值大2s，则产生的1个虚拟秒脉冲。这样能保证在秒脉冲无效的自守时过程中，输出时间戳的更新周期不会超过2s。
2、本发明所述的时间戳产生方法，微秒计数器和秒计数器采用相同时钟域的使能信号(行同步信号)进行锁定，避免采样不确定性而产生额外的时间戳误差；跨时钟域采用相同的行同步信号的延迟信号，保证时间戳中的秒值和微秒值同步更新，避免出现跳秒现象。
附图说明
图1为本发明所述的高精度测绘相机的时间戳产生方法中测绘成像系统的原理框图；
图2为本发明所述的高精度测绘相机时间戳产生方法的流程图；
图3为产生时间戳的状态机循环图。
具体实施方式
结合图1至图3说明本实施方式，测绘的成像系统如图1所示，主要包含电源转换电路、成像探测器、驱动和控制电路、成像控制器、数传接口电路、存储器和相机控制器。电源转换电路为各部分提供供电电源；相机控制器将秒脉冲和行周期信号送入成像控制器，同时通过422总线与成像控制器进行交互控制；本地的晶体振荡器为成像控制器计数的参考时钟；成像控制器产生的驱动和控制信号，经驱动和控制电路后，送入成像探测器；存储器存储非均匀校正系数；成像探测器输出的数字图像数据，经成像控制器调理后，经数传接口电路输出。
本实施方式中，成像控制器对相机控制器输出的秒脉冲进行有效性判断。当检测到秒脉冲的下降沿后，进行微秒计数器的复位，然后微秒计数器在本地晶体振荡器提供的参考时钟控制下，检测到q个参考时钟的上升沿后微秒计数器的计数值递增一次；式中，q为本地晶体振荡器的频率；当在下次秒脉冲的下降沿时，微秒计数器的计数值在频偏xppm允许范围内，ppm代表百万分之一，则认为秒脉冲有效；微秒计数器的计数值在频偏范围外检测到秒脉冲，或者计数值已经超过频偏允许的最大值后，则认为秒脉冲无效。成像控制器在接收到相机控制器输出的行周期信号后，产生相应的工作时序，并在每行的曝光时刻输出代表曝光时刻的行同步信号。
Figure GDA0003088891750000031
结合图2说明本实施方式，本实施方式中，在相机控制器输出的秒脉冲有效的情况下，每当检测到秒脉冲的下降沿，则微秒计数器清零；当检测到平台更新使能或高精度时标更新使能的脉冲后，就分别用平台时标中的微秒值或高精度时标中的微秒值覆盖微秒计数器；未检测到平台更新使能或高精度时标更新使能的脉冲，则在本地晶体振荡器提供的参考时钟控制下，检测到q个参考时钟的上升沿后微秒计数器的计数值递增一次。在相机控制器输出的秒脉冲无效的情况下，当检测到平台更新使能的脉冲后，就分别用平台时标中的微秒值覆盖微秒计数器；未检测到平台更新使能的脉冲，则在本地晶体振荡器提供的参考时钟控制下，检测到q个参考时钟的上升沿后微秒计数器的计数值递增一次，，当计数值达到1999999时，微秒计数器清零。
在相机控制器输出的秒脉冲有效的情况下，每当检测到秒脉冲的下降沿，则秒计数器加1；当检测到平台更新使能或高精度时标更新使能的脉冲后，就分别用平台时标中的秒值或高精度时标中的秒值覆盖秒计数器。在相机控制器输出的秒脉冲无效的情况下，当检测到平台更新使能的脉冲后，就采用平台时标中的微秒值覆盖微秒计数器；未检测到平台更新使能的脉冲，则在微秒计数器的计数值达到1999999时，秒计数器加2。
本实施方式中，输出时间戳使能信号包含了两个阶段的信号，分别是接收到摄像开始上后的首行时间戳使能和检测到组合秒脉冲下降沿后的第一个行同步脉冲所对应的时间戳使能。组合秒脉冲包含三种工作状态：(1)相机控制器输出的秒脉冲；(2)微秒计数器计数到1999999时产生1个虚拟秒脉冲；(3)当秒脉冲无效，检测到平台更新使能的脉冲后，若平台时标中的秒值比输出时间戳中的秒值大2s，则产生的1个虚拟秒脉冲。
结合图3说明本实施方式，产生时间戳的状态机循环图主要包含6个状态，在上电复位或摄像结束后进入空闲阶段；在空闲阶段，当检测到摄像开始命令，则进入摄像准备阶段；在摄像准备阶段，当检测到行同步脉冲，则进入输出首行时间戳阶段；在首行时间戳输出完毕后，进入等待秒脉冲阶段；在等待秒脉冲阶段，若检测到秒脉冲的下降沿，则进入到检测到秒脉冲阶段；在检测到秒脉冲阶段，当检测到行同步脉冲，则进入输出非首行时间戳阶段；在输出非首行时间戳阶段，若检测到摄像结束命令，则进入空闲阶段；在输出非首行时间戳阶段，若没有检测到摄像结束命令，则进入等待秒脉冲阶段。
本实施方式中，从输出时间戳到数传时钟域的时间戳，跨时钟域的方式是使用行同步脉冲的延迟信号，延迟的时钟个数不低于2，在数传时钟域连续采集不低于两次后，其高电平脉冲作为跨时钟域的使能信号。
本实施方式中，电源转换电路采用510的DCDC模块；成像探测器使用长光辰芯公司的TDICMOS探测器；驱动和控制电路主要基于电平转换芯片164245；成像控制器主要采用上海复旦微电子公司的FPGA和刷新芯片；数传接口电路采用TLK2711芯片，相机控制器主要采用DSP+FPGA的架构，中间的接口芯片采用54AC14、DS26LV31和DS26LV32；存储器采用3DPLUS公司的MRAM。

Claims (3)

1.高精度测绘相机的时间戳产生方法，该方法基于测绘成像系统实现，所述测绘成像系统包括电源转换电路、成像探测器、驱动和控制电路、成像控制器、数传接口电路、存储器和相机控制器；
电源转换电路为各部分提供供电电源；相机控制器将秒脉冲和行周期信号送入成像控制器，同时通过422总线与成像控制器进行交互控制；本地晶体振荡器作为成像控制器计数的参考时钟；成像控制器产生的驱动和控制信号，经驱动和控制电路后，送入成像探测器；存储器存储非均匀校正系数；成像探测器输出的数字图像数据，经成像控制器处理后，经数传接口电路输出；
其特征是：
所述成像控制器对相机控制器输出的秒脉冲进行有效性判断；
当检测到秒脉冲的下降沿后，微秒计数器进行复位，然后微秒计数器在本地晶体振荡器提供的参考时钟控制下，检测到q个参考时钟的上升沿后微秒计数器的计数值递增一次；式中，q为本地晶体振荡器的频率；
当在下次秒脉冲的下降沿时，微秒计数器的计数值在频偏xppm允许范围内，则认为秒脉冲有效；微秒计数器的计数值在频偏范围外检测到秒脉冲，或微秒计数器的计数值已经超过频偏允许的最大值后，则认为秒脉冲无效；
成像控制器在接收到相机控制器输出的行周期信号后，产生相应的工作时序，并在每行的曝光时刻输出代表曝光时刻的行同步信号；
Figure FDA0003590753710000011
式中，check_cnt_us为微秒计数器的计数值；
还包括输出时间戳使能信号，该时间戳使能信号包括两个阶段的使能信号，分别是成像控制器接收到摄像开始后的首行时间戳使能和检测到组合秒脉冲下降沿后的第一个行同步脉冲所对应的时间戳使能；
产生时间戳的状态机包括六个阶段，在上电复位或摄像结束后进入空闲阶段；在空闲阶段，当检测到摄像开始命令，则进入摄像准备阶段；在摄像准备阶段，当检测到行同步脉冲，则进入输出首行时间戳阶段；在首行时间戳输出完毕后，进入等待秒脉冲阶段；在等待秒脉冲阶段，若检测到秒脉冲的下降沿，则进入到检测到秒脉冲阶段；在检测到秒脉冲阶段，当检测到行同步脉冲，则进入输出非首行时间戳阶段；在输出非首行时间戳阶段，若检测到摄像结束命令，则进入空闲阶段；在输出非首行时间戳阶段，若没有检测到摄像结束命令，则进入等待秒脉冲阶段；
所述组合秒脉冲包含三种工作状态：(1)相机控制器输出的秒脉冲；(2)微秒计数器计数到1999999时产生1个虚拟秒脉冲；(3)当秒脉冲无效，检测到平台更新使能的脉冲后，若平台时标中的秒部分比输出时间戳中的秒部分大2s，则产生的1个虚拟秒脉冲。
2.根据权利要求1所述的高精度测绘相机的时间戳产生方法，其特征是：在相机控制器输出的秒脉冲有效的情况下，每当检测到秒脉冲的下降沿，则微秒计数器清零；当检测到平台更新使能或高精度时标更新使能的脉冲后，分别采用平台时标中的微秒值或高精度时标中的微秒值覆盖微秒计数器；未检测到平台更新使能或高精度时标更新使能的脉冲，则在本地晶体振荡器提供的参考时钟控制下，检测到q个参考时钟的上升沿后微秒计数器的计数值递增一次；在相机控制器输出的秒脉冲无效的情况下，当检测到平台更新使能的脉冲后，采用平台时标中的微秒值覆盖微秒计数器；未检测到平台更新使能的脉冲，则在本地晶体振荡器提供的参考时钟控制下，检测到q个参考时钟的上升沿后微秒计数器的计数值递增一次，当计数值达到1999999时，微秒计数器清零；
在相机控制器输出的秒脉冲有效的情况下，每当检测到秒脉冲的下降沿，则秒计数器加1；当检测到平台更新使能或高精度时标更新使能的脉冲后，分别采用平台时标中的秒值或高精度时标中的秒值覆盖秒计数器；在相机控制器输出的秒脉冲无效的情况下，当检测到平台更新使能的脉冲后，采用平台时标中的微秒值覆盖微秒计数器；未检测到平台更新使能的脉冲，则在微秒计数器的计数值达到1999999时，秒计数器加2。
3.根据权利要求1所述的高精度测绘相机的时间戳产生方法，其特征在于：
从本地晶体时钟域输出时间戳到数传时钟域的时间戳，跨时钟域的方式是使用行同步脉冲的延迟信号，延迟的时钟个数不低于2，在数传时钟域连续采集不低于两次后，其高电平脉冲作为跨时钟域的使能信号。
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