CN108063907A - 分布式光电传感器信号处理与存储***及其处理方法 - Google Patents

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李超
陈宁
高传卫
万纯
陈萍萍
倪凯杰
马榜
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Abstract

本发明公开了一种分布式光电传感器信号处理与存储***及其处理方法，通过预处理板、中央处理板、信号处理阵列、时钟板和信号交换板及对应的外接接口的组合，合理配置高速总线，有效解决现阶段高分辨率、高帧频光电传感器同步实时处理问题。各板卡通过固定螺栓和接插件与机箱相连，适应于车载、机载等平台。本装置具备高适配性、可维护性及通用性特点，可用于军民各种多光电传感器实时信号处理与存储。其实现了探测与识别一体化功能，可对全空域光电探测，并执行实时目标方位解算，保护平台安全。

Description

分布式光电传感器信号处理与存储***及其处理方法
技术领域
本发明属于光电信号处理领域，具体涉及一种分布式光电传感器信号处理与存储***及其处理方法。
背景技术
随着军民市场对于光电探测能力的需求提升，尤其是对平台周视能力的需求出现，搭载平台的光电信号处理能力受到硬件架构的影响，需要根据不同的搭载平台和应用需求进行重新设计定制，这无疑增加了***的不稳定性和研发成本。同时，对于现有未安装的光电信号处理和存储***而言，进行结构更改需要巨大的代价和风险。
目前，国外装备的光电信号处理与存储***有美军AAR-57(V)、GUITAR-350、AN/AAR-47分布式探测***中的光电信号处理***，分别安装于F-35、AH-64等飞机上，上述光电信号处理与存储***采用模块化，可裁剪设计，应用时1/3处理工作状态，2/3为备份状态，一旦出现某一处理板卡故障，备份卡即可替换并参与运算。
针对各式飞行器、地面车辆等应用平台，传统的光电传感器像元数有限、帧频较低，单位时间内产生的数据量较少，单一处理板卡即可完成对多个光电传感器图像的处理。随着传感器分辨率和帧频的提升，以及现有高清、实时化的市场需求越来越迫切，亟需发展标准化的分布式光电传感器信号处理与存储***，形成光电信号处理行业标准。
反观国内，还未出现类似标准化的产品研发和装备的公开资料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式光电传感器信号处理与存储***及其处理方法，为后续单平台多个光电传感器信号处理提供可裁剪的通用型装置，以节约研发和升级换代成本。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种分布式光电传感器信号处理与存储***，包括机箱外壳、预处理采集板、中央处理板、时钟板、信号交换板、若干个信号处理阵列和若干个USB接口；所述预处理采集板上设有若干个Cameralink接口和若干个串口，若干个光电探测器通过Cameralink接口分别与预处理采集板连接，姿态传感器通过串口与预处理采集板相连，硬盘存储器通过USB接口与预处理板相连；中央处理板通过背板总线分别与预处理采集板、信号处理阵列、时钟板、信号交换板连接；机箱外壳包括处理机箱和背板接插件，背板接插件通过螺栓固定在处理机箱内部，预处理采集板、信号处理阵列、时钟板、信号交换板通过接插件接入处理机箱背板，外部采用螺栓固定，机箱外壳侧壁设有散热口。
一种基于分布式光电传感器信号处理与存储***的信号处理方法，方法步骤如下：
步骤1、***上电后，光电探测器接收***同步信号进行视频采集，并通过Cameralink接口将视频数据传入预处理采集板；
步骤2、姿态传感器接收***同步信号触发采集姿态数据，通过串口将数据与视频同步传入预处理采集板；
步骤3、预处理采集板进行视频与姿态数据叠加，并将叠加结果存入硬盘；同时，进行原始数据的去畸变、非均匀性校正；
步骤4、中央处理板接收预处理视频，缓存入存储器，规划总线资源和处理资源，在时钟板的时钟时序下，引导相应缓存的视频数据进入信号处理阵列进行视频处理；
步骤5、信号处理阵列将结果回传中央处理板，生成光电信号处理结果。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
1)实现了多光电传感器的实时高速处理；
2)采用标准尺寸处理机箱，适配多种搭载平台；
3)处理***采用模块化设计，***信号处理能力可裁剪，灵活性高。
附图说明
图1为本发明分布式光电传感器信号处理与存储***的结构示意图。
图2为本发明分布式光电传感器信号处理与存储***的工作使用原理流程框图。
图3为分布式光电传感器信号处理与存储***前端分布示意图。
图4为分布式光电传感器信号处理与存储***内部分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1、图2、图3和图4，一种分布式光电传感器信号处理与存储***，包括机箱外壳1、预处理采集板5、中央处理板6、时钟板8、信号交换板9、两个信号处理阵列7和两个USB接口2；所述预处理采集板5上设有六个Cameralink接口3和两个串口4。六个光电探测器通过Cameralink接口3分别与预处理采集板5连接，姿态传感器通过串口4与预处理采集板5相连，硬盘存储器通过USB接口2与预处理板5相连；中央处理板6通过背板总线分别与预处理采集板5、信号处理阵列7、时钟板8、信号交换板9连接；机箱外壳1包括处理机箱和背板接插件，背板接插件通过螺栓固定在处理机箱内部，预处理采集板5、信号处理阵列7、时钟板8、信号交换板9通过接插件接入处理机箱背板，外部采用螺栓固定，机箱外壳1侧壁设有散热口10。
预处理采集板5负责接收六路视频数据和一路姿态传感器数据，并将数据转换为并行数据与姿态传感器数据叠加，实现图像与姿态数据的同步，同时将叠加数据存入硬盘；中央处理板6是***的核心，包含GPU处理芯片和FPGA芯片，完成总线资源分配、图像信号处理阵列资源调度及图像数据的去噪、图像分块等预处理和最终结果生成。时钟板8负责为各个单元提供基准时钟，使得***各部分能够协调工作，需要整体考虑***所需外部提供的各种时钟资源。需要提供的时钟包括：GPU核参考时钟、FPGA参考时钟、内存参考时钟、总线时钟、RapidIO参考时钟、PCIE参考时钟等等。信号交换板9是整个信息处理平台最为关键的部分，是***内部数据交换的中心，其设计方案对***的整体架构起到了决定性的作用。基于VPX标准的信息处理***多采用基于交叉交换的Serial RapidIO拓扑结构，端点设备间不是直接连接而是通过交换机互连，任意两个端点设备间为对等关系，可以方便进行数据交换和并行运算。在本信息处理平台中，采用多块GPU与FPGA并行运算结构，运用SerialRapidIO交换机(Serial RapidIO交换模块板)设计总线网络，实现***内部板间和信号处理板的高速互连。信号处理板阵列7是***信号处理执行单元，负责目标检测算法和图像滤波处理等。由于采用了GPU与FPGA的架构，充分利用了并行架构加速性能，提高实时处理能力。
本发明具备对6路分布式光电探测器视频数据的实时处理与存储。
一种基于分布式光电传感器信号处理与存储***的信号处理方法，方法步骤如下：
步骤1、***上电后，光电探测器接收***同步信号进行视频采集，并通过Cameralink接口3将视频数据传入预处理采集板5；
步骤2、姿态传感器接收***同步信号触发采集姿态数据，通过串口4将数据与视频同步传入预处理采集板5；
步骤3、预处理采集板5进行视频与姿态数据叠加，并将叠加结果通过USB接口2存入外接硬盘；同时，进行原始数据的去畸变、非均匀性校正（红外图像）。
步骤4、中央处理板6接收预处理视频，缓存入存储器，规划总线资源和处理资源，在时钟板8的时钟时序下，引导相应缓存的视频数据进入信号处理阵列7进行目标检测、滤波等视频处理。
步骤5、信号处理阵列7将结果回传中央处理板6，生成光电信号处理结果。
整机***中信号处理阵列7的数量可根据光电探测器的帧频、像元数进行增加与裁剪，本发明具备完整的功能与独立的结构，可以适配于多种任务平台。
其中串口4采用RS-232链路，实现与搭载平台的数据传输和控制交互。处理信息与图像均可以通过串口4在机舱内的显示器上得以显示。

Claims (5)

1.一种分布式光电传感器信号处理与存储***，其特征在于：包括机箱外壳（1）、预处理采集板（5）、中央处理板（6）、时钟板（8）、信号交换板（9）、若干个信号处理阵列（7）和若干个USB接口（2）；所述预处理采集板（5）上设有若干个Cameralink接口（3）和若干个串口（4），若干个光电探测器通过Cameralink接口（3）分别与预处理采集板（5）连接，姿态传感器通过串口（4）与预处理采集板（5）相连，硬盘存储器通过USB接口（2）与预处理板（5）相连；中央处理板（6）通过背板总线分别与预处理采集板（5）、信号处理阵列（7）、时钟板（8）、信号交换板（9）连接；机箱外壳（1）包括处理机箱和背板接插件，背板接插件通过螺栓固定在处理机箱内部，预处理采集板（5）、信号处理阵列（7）、时钟板（8）、信号交换板（9）通过接插件接入处理机箱背板，外部采用螺栓固定，机箱外壳（1）侧壁设有散热口（10）。
2.根据权利要求1所述的分布式光电传感器信号处理与存储***，其特征在于：所述信号处理模式可根据光电传感器的帧频、分辨率提升增加信号处理阵列，实现实时化。
3.根据权利要求1所述的分布式光电传感器信号处理与存储***，其特征在于：采用预处理采集板（5）用于实现对若干路数据的实时存储。
4.根据权利要求1所述的分布式光电传感器信号处理与存储***，其特征在于：所述机箱外壳（1）实现了信号处理阵列（7）的快速拆卸更换和升级。
5.基于权利要求1所述的分布式光电传感器信号处理与存储***的信号处理方法，其特征在于，方法步骤如下：
步骤1、***上电后，光电探测器接收***同步信号进行视频采集，并通过Cameralink接口（3）将视频数据传入预处理采集板（5）；
步骤2、姿态传感器接收***同步信号触发采集姿态数据，通过串口（4）将数据与视频同步传入预处理采集板（5）；
步骤3、预处理采集板（5）进行视频与姿态数据叠加，并将叠加结果存入硬盘；同时，进行原始数据的去畸变、非均匀性校正；
步骤4、中央处理板（6）接收预处理视频，缓存入存储器，规划总线资源和处理资源，在时钟板（8）的时钟时序下，引导相应缓存的视频数据进入信号处理阵列（7）进行视频处理；
步骤5、信号处理阵列（7）将结果回传中央处理板（6），生成光电信号处理结果。
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