CN113419290A - 一种微光探测系统及实时自我监测复位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微光探测系统，包括微光传感器、图像采集驱动电路、主控处理单元、实时监测诊断装置、复位刷新中断单元、图像传输单元、供电单元等；微光传感器与图像采集驱动电路相连接，图像采集驱动电路与主控处理单元相连接，主控处理单元分别与实时监测诊断装置、复位刷新中断单元、图像传输单元以及供电单元相连接；图像传输单元将微光数字图像传输给卫星数传系统载荷。本发明有效的实时自主监测诊断关键器件如微光探测系统的主控处理单元的处理器FPGA的电流、电压、温度变化信息及通信情况，通过对信息数据的分析，实时得出微光探测系统工作状态是否正常，并有效的通过预警信息复位刷新主控处理单元的处理器FPGA，从而进行保护微光探测系统。
Description
技术领域
本发明涉及微光探测的技术领域，具体地，涉及一种微光探测系统及实时自我监测复位方法。
背景技术
在遥感空间信息获取中，微光探测是遥感领域发展活跃的一个分支，相比于传统的光学和雷达遥感卫星，微光探测是获取无云条件下地表发射的可见光-近红外电磁波信息，这些信息大部分由地表人类活动发出，微光遥感影像现已被广泛应用于社会经济参量估算城市监测重大事件变革生态环境评估以及公共健康等领域。
日前商业航天和人们的生活日渐密切，而微光探测系统是商业夜光遥感卫星的有效载荷，可以探测夜光遥感影像，监测城市重大事件变革及生态环境评估，微光探测系统主要包括：微光传感器、图像采集驱动电路、主控处理单元、供电单元和图像传输单元等，为了降低成本，部分IC会尽量选用工业级IC替代昂贵的宇航级IC在商业航天器中应用，但卫星在飞行过程中，由于受到各种空间辐射，微光探测系统的主控处理单元的处理器FPGA因单粒子效应的影响，导致其性能将退化或者失效，工作电压、电流发生异常，严重时可能出现发热发烫甚至烧毁，主控处理单元的处理器FPGA是微光探测系统的核心部件，其功能失效将造成整个微光探测系统失效，致使完全无法工作，因此限制了工业级的FPGA在商业航天器中的广泛应用。
鉴于此，有必要提供一种微光探测系统及实时监测微光探测系统的关键器件工作状态及其快速复位方法以解决上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微光探测系统及实时自我监测复位方法。
根据本发明提供的一种微光探测系统，至少包括微光传感器、图像采集驱动电路、主控处理单元、图像传输单元和供电单元；
所述微光传感器与图像采集驱动电路相连接，所述图像采集驱动电路与主控处理单元相连接，所述主控处理单元分别与图像传输单元和供电单元相连接；
所述微光传感器接收微光信号，将微光转化为电荷信号；
所述图像采集驱动电路驱动控制微光传感器，采集电荷信号，进行积分放大，转化为图像数字信号；
所述主控处理单元对微光传感器和图像采集驱动电路进行时序控制，对图像数字信号进行图像处理，得到微光数字图像；
所述图像传输单元将微光数字图像传输给卫星数传系统载荷；
所述供电单元连接于微光传感器、图像采集驱动电路、主控处理单元、图像传输单元，为连接于微光传感器、图像采集驱动电路、主控处理单元、图像传输单元提供电源。
优选地，所述微光探测系统还包括复位刷新中断单元和实时监测诊断装置；
所述复位刷新中断单元分别连接于主控处理单元和供电单元，所述复位刷新中断单元控制主控处理单元供电、并复位主控处理单元、刷新主控处理单元的配置程序、控制主控处理单元刷新复位；
所述实时监测诊断装置分别连接于主控处理单元、复位刷新中断单元、供电单元，所述实时监测诊断装置监测诊断主控处理单元的处理器的电流、电压、温度变化以及定时通信情况，根据主控处理单元工作状态，对复位刷新中断单元进行控制。
优选地，所述复位刷新中断单元包括微处理器、存储器等。
优选地，所述实时监测诊断装置包括微处理器、电压监测器、电流监测器、温度监测器、定时器单元等。
优选地，所述主控处理单元的处理器采用工业级FPGA。
本发明还提供一种微光探测系统的实时自我监测复位方法，所述方法应用上述中的一种微光探测系统，所述方法包括：
所述电压监测器实时监测诊断所述主控处理单元的处理器FPGA的各个工作电压信号，当所述主控处理单元的处理器FPGA的电压数据不在正常工作电压±6％-±10％范围内，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；
所述电流监测器对所述主控处理单元的处理器FPGA的各个工作电流信号进行实时监测诊断，当所述主控处理单元的处理器FPGA的电流数据超出正常工作电流的10％-20％，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；
所述温度监测器实时监测所述主控处理单元的处理器FPGA的温度信息，当所述主控处理单元的处理器FPGA的温度数据超出正常工作温度范围的20％，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；
所述定时器单元用于与所述主控处理单元的处理器FPGA的定时通信，当监测到所述主控处理单元的处理器FPGA的定时通信异常或中断时，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；并且所述定时器单元定时向所述复位刷新中断单元发出定时刷新请求信号，对所述主控处理单元的处理器FPGA进行定时复位刷新引导重新烧写逻辑控制程序；
所述实时监测诊断装置的微处理器用于管理和控制所述电压监测器、所述电流监测器、所述温度监测器、所述定时器单元，并统计分析所述电流、所述电压、所述温度以及所述定时通信信号的信息数据。
优选地，所述定时器单元定时向所述复位刷新中断单元发出定时刷新请求信号的定时时间设定为5-10min。
优选地，所述复位刷新中断单元接收到所述实时监测诊断装置的所述电流、电压、温度的任何一个或多个预警信号，中断所述供电单元对所述主控处理单元的处理器FPGA的供电，并经过预设的时间后重新上电。
优选地，所述预设的时间为3-10s。
优选地，所述复位刷新中断单元收到定时刷新请求信号或者定时通信异常或中断预警信号时，对所述主控处理单元的处理器FPGA进行复位刷新引导重新烧写逻辑控制程序，所述主控处理单元的处理器FPGA一旦发生不可恢复的故障，立即切换到备份处理器FPGA。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可以有效的实时自主监测诊断关键器件如微光探测系统的主控处理单元的处理器FPGA的电流、电压、温度变化信息及通信情况，通过对以上信息数据的分析，可以实时得出微光探测系统工作状态是否正常，并有效的通过预警信息复位刷新主控处理单元的处理器FPGA，从而进行保护微光探测系统；
2、当发生不可恢复的故障时，可以切换到备份器件如备份处理器FPGA，起到双重保障的作用，从而可以有效保证微光探测系统正常工作，延长微光探测系统的寿命，提高微光探测系统的可靠性；
3、本发明设备简单，易实现，大大降低微光探测系统的成本，可以有效的提高工业级器件如工业级FPGA作为处理器在商业遥感卫星载荷中的应用；
4、本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
| 1、微光传感器 | 2、图像采集驱动电路 | 3、主控处理单元 |
| 4、实时监测诊断装置 | 5、复位刷新中断单元 | 6、供电单元 |
| 7、图像传输单元 |
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。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1，本发明提供一种微光探测系统包括：微光传感器1，连接于微光传感器1的图像采集驱动电路2和供电单元6，连接于图像采集驱动电路2的主控处理单元3，连接于主控处理单元3的实时监测诊断装置4、复位刷新中断单元5和图像传输单元7，实时监测诊断装置4连接于复位刷新中断单元5，供电单元6连接于主控处理单元3，以及分别连接于图像采集驱动电路2、实时监测诊断装置4、复位刷新中断单元5和图像传输单元7。
微光传感器1，用于接收物体的微光信号，并进行光电转换，将包含物体信息的微光信号转化为电荷信号，然后将电荷信号传给图像采集驱动电路2。
图像采集驱动电路2，用于驱动控制所述微光传感器1接收物体微光信号，并采集所述电荷信号，进行积分放大转化为模拟电压信号，然后将电压信号量化为图像数字信号，从而完成物体图像的数据采集，在完成图像数据采集之后，图像采集驱动电路2会将采集到的包含有物体信息的图像数字信号发给主控处理单元3。
主控处理单元3，用于对微光传感器1和图像采集驱动电路2进行时序驱动控制，并用于对接收到的图像数字信号进行图像处理，以得到微光数字图像。在本实施方式中，主控处理单元3同时包括主份、备份处理器工业级FPGA，在正常情况下，只有主处理器FPGA处于工作状态，只有当主处理器FPGA发生不可恢复故障时，才会切换到备份处理器FPGA工作。主控处理单元3会在片上直接自动对上述图像数字信号进图像校正、拼接、去燥以及打包等图像处理，在完成图像处理后，主控处理单元3会将微光数字图像传送给图像传输单元7。
图像传输单元7，用于传输微光数字图像。在本实施方式中，采用现有的图像传输单元7，在接收到由主控处理单元3传送来的微光数字图像，将其传输给卫星数传系统载荷，供卫星数传系统载荷下传到地面站。
复位刷新中断单元5，用于控制主控处理单元3供电和配置程序的刷新复位。在本实施方式中，复位刷新中断单元5包括微处理器和存储器等。微处理器用于处理和响应预警信号，存储器用于存储逻辑控制程序。复位刷新中断单元5分别连接于主控处理单元3和供电单元6，通过控制主控处理单元3的上下电，从而复位主控处理单元3，通过刷新主控处理单元3的配置程序，从而控制主控处理单元3刷新复位。
实时监测诊断装置4，用于监测主控处理单元3工作状态。在本实施方式中，实时监测诊断装置4包括微处理器、电压监测器、电流监测器、温度监测器、定时器单元等。实时监测诊断装置4分别连接于主控处理单元3和复位刷新中断单元，用于监测诊断主控处理单元3的处理器FPGA的电流、电压、温度变化以及定时通信情况，并根据主控处理单元3工作状态，对复位刷新中断单元进行控制。
在本实施方式中，供电单元6，包括电源管理模块和低噪声稳压电路等，至少包括连接于微光传感器1、图像采集驱动电路2、主控处理单元3、实时监测诊断装置4、复位刷新中断单元5、以及图像传输单元7等，为微光探测系统的所有模块单元提供低噪声稳定的工作电源，并进行电源管理。当收到复位刷新中断单元5的中断电源信号请求时，停止供电，起到断电保护的作用。经过预设的时间后，重新启动供电，使微光探测系统再次进入正常工作状态。
本发明还提供一种微光探测系统的实时自我诊断复位方法，方法采用上述中的微光探测系统，微光探测系统的实时自我诊断复位方法包括：
电压监测器实时监测诊断主控处理单元3的处理器FPGA的各个工作电压信号，当主控处理单元3的处理器FPGA的电压数据不在正常工作电压±6％-±10％范围内，发送预警信号给所述复位刷新中断单元5。
电流监测器对主控处理单元3的处理器FPGA的各个工作电流信号进行实时监测诊断，当主控处理单元3的处理器FPGA的电流数据超出正常工作电流10％-20％，发送预警信号给所述复位刷新中断单元5。
温度监测器实时监测主控处理单元3的处理器FPGA的温度信息，当主控处理单元3的处理器FPGA的温度数据超出正常工作温度范围的20％，发送预警信号给复位刷新中断单元5。
定时器单元用于与主控处理单元3的处理器FPGA的定时通信，当监测到主控处理单元3的处理器FPGA的定时通信异常或中断时，发送预警信号给复位刷新中断单元5。与此同时，定时器单元定时向复位刷新中断单元5发出定时刷新请求信号，对主控处理单元3的处理器FPGA进行定时复位刷新引导重新烧写逻辑控制程序，以避免总剂量效应的影响。在本实施方式中，定时器单元定时向复位刷新中断单元5发出定时刷新请求信号的定时时间设定为5-10min。
监测诊断装置4的微处理器用于管理和控制电压监测器、电流监测器、温度监测器、定时器单元等，并统计分析电流、电压、温度以及定时通信信号的信息数据。
复位刷新中断单元5在接收到实时监测诊断装置4的电流、电压、温度的任何一个或多个预警信号时，中断供电单元6对主控处理单元3的处理器FPGA的供电，并经过预设的时间后重新上电。在本实施方式中，预设的时间为3-10s，优选为5s。
与此同时，当复位刷新中断单元5收到定时刷新请求信号或者定时通信异常或中断预警信号时，对主控处理单元3的处理器FPGA进行复位刷新引导重新烧写逻辑控制程序。在本实施方式中，主控处理单元3的处理器FPGA一旦发生不可恢复的故障，立即切换到备份处理器FPGA，从而起到双重保障的作用。
本发明可以有效的实时自主监测诊断关键器件如微光探测系统的主控处理单元的处理器FPGA的电流、电压、温度变化信息及通信情况，通过对以上信息数据的分析，可以实时得出微光探测系统工作状态是否正常，并有效的通过预警信息复位刷新主控处理单元的处理器FPGA，从而进行保护微光探测系统。当发生不可恢复的故障时，可以切换到备份器件如备份处理器FPGA，起到双重保障的作用，从而可以有效保证微光探测系统正常工作，延长微光探测系统的寿命，提高微光探测系统的可靠性。与此同时，本发明设备简单，易实现，大大降低微光探测系统的成本，可以有效的提高工业级器件如工业级FPGA作为处理器在商业遥感卫星载荷中的应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种微光探测系统，其特征在于，至少包括微光传感器(1)、图像采集驱动电路(2)、主控处理单元(3)、图像传输单元(7)和供电单元(6)；
所述微光传感器(1)与图像采集驱动电路(2)相连接，所述图像采集驱动电路(2)与主控处理单元(3)相连接，所述主控处理单元(3)分别与图像传输单元(7)和供电单元(6)相连接；
所述微光传感器(1)接收微光信号，将微光转化为电荷信号；
所述图像采集驱动电路(2)驱动控制微光传感器(1)，采集电荷信号，进行积分放大，转化为图像数字信号；
所述主控处理单元(3)对微光传感器(1)和图像采集驱动电路(2)进行时序控制，对图像数字信号进行图像处理，得到微光数字图像；
所述图像传输单元(7)将微光数字图像传输给卫星数传系统载荷；
所述供电单元(6)连接于微光传感器(1)、图像采集驱动电路(2)、主控处理单元(3)、图像传输单元(7)，为连接于微光传感器(1)、图像采集驱动电路(2)、主控处理单元(3)、图像传输单元(7)提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种微光探测系统，其特征在于，所述微光探测系统还包括复位刷新中断单元(5)和实时监测诊断装置(4)；
所述复位刷新中断单元(5)分别连接于主控处理单元(3)和供电单元(6)，所述复位刷新中断单元(5)控制主控处理单元(3)供电、并复位主控处理单元(3)、刷新主控处理单元(3)的配置程序、控制主控处理单元(3)刷新复位；
所述实时监测诊断装置(4)分别连接于主控处理单元(3)、复位刷新中断单元(5)、供电单元(6)，所述实时监测诊断装置(4)监测诊断主控处理单元(3)的处理器的电流、电压、温度变化以及定时通信情况，根据主控处理单元(3)工作状态，对复位刷新中断单元(5)进行控制。
3.根据权利要求2所述的一种微光探测系统，其特征在于，所述复位刷新中断单元(5)包括微处理器、存储器等。
4.根据权利要求2所述的一种微光探测系统，其特征在于，所述实时监测诊断装置(4)包括微处理器、电压监测器、电流监测器、温度监测器、定时器单元等。
5.根据权利要求1所述的一种微光探测系统，其特征在于，所述主控处理单元(3)的处理器采用工业级FPGA。
6.一种微光探测系统的实时自我监测复位方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-5任一项所述的一种微光探测系统，所述方法包括：
所述电压监测器实时监测诊断所述主控处理单元的处理器FPGA的各个工作电压信号，当所述主控处理单元的处理器FPGA的电压数据不在正常工作电压±6％-±10％范围内，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；
所述电流监测器对所述主控处理单元的处理器FPGA的各个工作电流信号进行实时监测诊断，当所述主控处理单元的处理器FPGA的电流数据超出正常工作电流的10％-20％，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；
所述温度监测器实时监测所述主控处理单元的处理器FPGA的温度信息，当所述主控处理单元的处理器FPGA的温度数据超出正常工作温度范围的20％，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；
所述定时器单元用于与所述主控处理单元的处理器FPGA的定时通信，当监测到所述主控处理单元的处理器FPGA的定时通信异常或中断时，发送预警信号给所述复位刷新中断单元；并且所述定时器单元定时向所述复位刷新中断单元发出定时刷新请求信号，对所述主控处理单元的处理器FPGA进行定时复位刷新引导重新烧写逻辑控制程序；
所述实时监测诊断装置的微处理器用于管理和控制所述电压监测器、所述电流监测器、所述温度监测器、所述定时器单元，并统计分析所述电流、所述电压、所述温度以及所述定时通信信号的信息数据。
7.根据权利要求6所述的一种微光探测系统的实时自我监测复位方法，其特征在于，所述定时器单元定时向所述复位刷新中断单元发出定时刷新请求信号的定时时间设定为5-10min。
8.根据权利要求6所述的一种微光探测系统的实时自我监测复位方法，其特征在于，所述复位刷新中断单元接收到所述实时监测诊断装置的所述电流、电压、温度的任何一个或多个预警信号，中断所述供电单元对所述主控处理单元的处理器FPGA的供电，并经过预设的时间后重新上电。
9.根据权利要求8所述的一种微光探测系统的实时自我监测复位方法，其特征在于，所述预设的时间为3-10s。
10.根据权利要求6所述的一种微光探测系统的实时自我监测复位方法，其特征在于，所述复位刷新中断单元收到定时刷新请求信号或者定时通信异常或中断预警信号时，对所述主控处理单元的处理器FPGA进行复位刷新引导重新烧写逻辑控制程序，所述主控处理单元的处理器FPGA一旦发生不可恢复的故障，立即切换到备份处理器FPGA。
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