CN115865300B - 一种光电吊舱的数据同步系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电吊舱的数据同步系统，包括：卫星定位单元、数据采集单元和编码及控制单元，其中，编码及控制单元能够基于同步秒脉冲信号初始化编码及控制单元的计时器模块，并基于卫星定位信息包含的UTC时间信息更新计时器模块，使得计时器模块与UTC时间同步，编码及控制单元在编码采集数据时，加入记录的与采集数据对应的控制信号的生成时间，生成包含采集数据及其对应的生成时间的数据压缩包。本专利受2021年产业技术基础公共服务平台—建设面向区域化人工智能应用发展的公共服务平台项目支持，项目编号2021‑0166‑1‑2。
Description
技术领域
本发明涉及无人机数据采集技术领域，具体涉及一种光电吊舱的数据同步系统及其方法。
背景技术
随着无人机在应急、安保、巡检等行业中的规模应用，无人机光电吊舱不再局限于可见光视频传感器，开始更多地组合红外光视频以及多光谱视频等传感器；应用深度也不再局限于机载吊舱视频的简单观看，开始更多地需要地面站实时接收、快速动态的区域正射拼接和三维建模并智能识别分析等深度应用，因此要求机载多路视频基本达到同步，且要带有POS(位置、姿态等)属性信息。
但是现行同步机制通常为：机载视频、惯性传感器、测距机等传感器只是简单的通过图传和数传等数据链路分别传输至地面设备，地面接收设备通过数据然后通过文件关联进行数据对齐来实现同步。但是现行视频摄像机、惯性传感器、测距机及POS(位置、姿态)系统等，这些设备的采集、传输延迟不一，延迟时间几十至上百毫秒，可以导致视屏中像素定位偏移几十上百米，在高精度场合中，根本无法达到应用要求。
综上所述，传统的光电吊舱的数据采集及传输系统存在数据同步性差的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光电吊舱的数据同步系统及其方法，解决了传统的光电吊舱的数据采集及传输系统存在的数据同步性差的问题。
为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种光电吊舱的数据同步系统，包括：卫星定位单元，用于输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息至编码及控制单元；数据采集单元，能够基于控制信号生成采集数据并将所述采集数据传输至所述编码及控制单元；所述编码及控制单元，用于输出所述控制信号至所述数据采集单元、基于计时器模块记录所述控制信号的生成时间和编码所述采集数据，其中，所述编码及控制单元能够基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的所述计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的UTC时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步，所述编码及控制单元在编码所述采集数据时，加入记录的与所述采集数据对应的所述控制信号的生成时间，生成包含所述采集数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包。
可选地，所述编码及控制单元还包括秒脉冲误差跟踪控制器，所述计时器模块在完成初始更新后，在每一次卫星定位单元输出所述同步秒脉冲信号和所述卫星定位信息至编码及控制单元时，所述计时器模块基于所述卫星定位信息输出待标定秒脉冲信号至所述秒脉冲误差跟踪控制器，所述秒脉冲误差跟踪控制器基于所述同步秒脉冲信号和所述待标定秒脉冲信号生成误差时间调整量，基于所述误差时间调整量更新所述计时器模块。
可选地，所述编码及控制单元还包括同步触发模块，在所述数据采集单元包含多种类型的数据采集模块的情况下，所述编码及控制单元能够基于任务类型生成用于同步触发至少两种所述数据采集模块工作的同步控制信号。
可选地，所述数据采集单元包括视频采集模块，其中，在所述编码及控制单元计算出所述视频采集模块的曝光间隔后，所述编码及控制单元生成视频曝光控制信号触发曝光信号并记录所述视频曝光控制信号的生成时间，所述视频采集模块将采集的该帧视频图像数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述视频图像数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述视频图像数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包。
可选地，所述数据采集单元包括视频采集模块和惯性采集模块，其中，在所述编码及控制单元计算出所述视频采集模块的曝光间隔和所述惯性采集模块的采集间隔后，所述编码及控制单元生成所述同步控制信号以触发所述视频采集模块的曝光信号的同时，所述编码及控制单元基于所述同步控制信号触发所述惯性采集模块并记录所述同步控制信号的生成时间，所述惯性采集模块将采集的惯性测量数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述惯性测量数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述惯性测量数据及其对应的所述生成时间的第一数据压缩包，所述视频采集模块将采集的该帧视频图像数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述视频图像数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述视频图像数据及其对应的所述生成时间的第二数据压缩包。
可选地，所述光电吊舱同步系统还包括用于输出所述数据压缩包的数据传输单元。
可选地，所述视频采集模块至少包括可见光摄像机、红外摄像机、多光谱摄像机和低照度摄像机。
可选地，所述卫星定位信息包括所述UTC时间信息、无人机位置信息和无人机速度信息，所述编码及控制单元编码所述卫星定位信息后将所述数据压缩包传输至所述数据传输单元。
相应地，本发明提供，一种光电吊舱的数据同步方法，包括：输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息至编码及控制单元；基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的所述计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的UTC时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步；输出控制信号至所述数据采集单元；基于控制信号生成采集数据并将所述采集数据传输至所述编码及控制单元；编码所述采集数据，并加入记录的与所述采集数据对应的所述控制信号的生成时间，生成包含所述采集数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包。
可选地，所述数据同步方法还包括：所述计时器模块在完成初始更新后，在每一次卫星定位单元输出所述同步秒脉冲信号和所述卫星定位信息至编码及控制单元时，所述计时器模块基于所述卫星定位信息输出待标定秒脉冲信号至所述秒脉冲误差跟踪控制器；所述秒脉冲误差跟踪控制器基于所述同步秒脉冲信号和所述待标定秒脉冲信号生成误差时间调整量；基于所述误差时间调整量更新所述计时器模块。
本发明的首要改进之处为提供的光电吊舱的数据同步系统，通过设置卫星定位单元输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息，使得编码及控制单元能够基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的所述计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的UTC时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步，从而使得编码及控制单元能够输出与所述卫星定位信息的UTC时间信息同步的包含采集数据及其生成时间的数据包，便于后端进行数据同步关联，解决了传统的光电吊舱的数据采集及传输系统存在数据同步性差的问题。
附图说明
图1是本发明的光电吊舱的数据同步系统的简化单元连接图；
图2是本发明的光电吊舱的数据同步方法的简化流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种光电吊舱的数据同步系统，包括：卫星定位单元，用于输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息至编码及控制单元；数据采集单元，能够基于控制信号生成采集数据并将所述采集数据传输至所述编码及控制单元；所述编码及控制单元，用于输出所述控制信号至所述数据采集单元、基于计时器模块记录所述控制信号的生成时间和编码所述采集数据，所述编码及控制单元能够基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的所述计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步，所述编码及控制单元在编码所述采集数据时，加入记录的与所述采集数据对应的所述控制信号的生成时间，生成包含所述采集数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包并传输至数据传输单元；所述卫星定位信息包括所述时间信息、无人机位置信息和无人机速度信息，所述编码及控制单元编码所述卫星定位信息后将所述数据压缩包传输至所述数据传输单元。其中，数据传输单元用于输出所述数据压缩包至后端；所述卫星定位信息包括所述时间信息、无人机位置信息和无人机速度信息；卫星定位单元可以是卫星定位板卡，根据厂家、类型不同，接入编码及控制模块的接口可以是RS232、TTL串口、网络及USB等接口；同步秒脉冲信号可以是PPS信号。
为进一步提升计时器模块与UTC时间的同步准确率，本发明通过设置负反馈调节机制以进一步降低误差，具体的：所述编码及控制单元还包括秒脉冲误差跟踪控制器，所述计时器模块在完成初始更新后，在每一次卫星定位单元输出所述同步秒脉冲信号和所述卫星定位信息至编码及控制单元时，所述计时器模块基于所述卫星定位信息输出待标定秒脉冲信号至所述秒脉冲误差跟踪控制器，所述秒脉冲误差跟踪控制器基于所述同步秒脉冲信号和所述待标定秒脉冲信号生成误差时间调整量，基于所述误差时间调整量更新所述计时器模块。其中，在所述同步秒脉冲信号与所述待标定秒脉冲信号小于第一阈值的情况下，所述秒脉冲误差跟踪控制器不生成误差时间调整量且所述计时器模块无需更新，并输出计时器模块视为可信的信号，使得编码及控制单元能够输出控制信号。第一阈值可以是100皮秒。
更进一步的，为保证多种类型的数据采集模块所采集的数据能够保证时间同步，避免后端进行数据处理时采取插值等可能引入额外误差的操作，本发明通过在将全部数据采集模块设置为基于同一时钟下的编码及控制单元控制触发的情况下，通过设置同步触发模块，在所述数据采集单元包含多种类型的数据采集模块的情况下，所述编码及控制单元能够基于任务类型生成用于同步触发至少两种所述数据采集模块工作的同步控制信号，使得数据采集模块采集数据的时间严格同步，后端能够在接收到不同种类的数据压缩包时，基于不同种类的数据压缩包中包含的生成时间进行关联同步，实现精确地图像拼接/地图绘制/地理信息要素标注等操作。
进一步的，在所述数据采集单元仅包括视频采集模块的情况下，在所述编码及控制单元计算出所述视频采集模块的曝光间隔后，所述编码及控制单元生成视频曝光控制信号触发曝光信号并记录所述视频曝光控制信号的生成时间，所述视频采集模块将采集的该帧视频图像数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述视频图像数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述视频图像数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包。其中，视频采集模块由于类型、厂家不同，视频传输接口可以是hdmi、lvds、mipi、cvbs等。
更进一步的，在数据采集单元包括视频采集模块和惯性采集模块的情况下，在所述编码及控制单元计算出所述视频采集模块的曝光间隔和所述惯性采集模块的采集间隔后，所述编码及控制单元生成所述同步控制信号以触发所述视频采集模块的曝光信号的同时，所述编码及控制单元基于所述同步控制信号触发所述惯性采集模块并记录所述同步控制信号的生成时间，所述惯性采集模块将采集的惯性测量数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述惯性测量数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述惯性测量数据及其对应的所述生成时间的第一数据压缩包，所述视频采集模块将采集的该帧视频图像数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述视频图像数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述视频图像数据及其对应的所述生成时间的第二数据压缩包。编码及控制单元生成所述第一数据压缩包和所述第二数据压缩包通过数据传输单元分别传输至后端，后端能够在接收到所述第一数据压缩包和所述第二数据压缩包时，基于不所述第一数据压缩包和所述第二数据压缩包中包含的生成时间进行关联同步。其中，所述视频采集模块至少包括可见光摄像机、红外摄像机、多光谱摄像机和低照度摄像机中的一种或者多种，在视频采集模块包括可见光摄像机、红外摄像机、多光谱摄像机和低照度摄像机中的多种摄像机的情况下，若不同种摄像机的标准采集频率不同，则基于不同种摄像机的标准采集频率的最小公倍数作为基准采集频率，编码及控制单元基于基准采集频率的整数倍控制惯性测量模块的工作。其中，惯性采集模块通过由于类型、厂家不同，可以通过SPI、I2C及RS422等接口接入编码及控制单元。同时，惯性采集模块根据实际使用情况不同，可以是三轴或者六轴惯性测量装置。三轴惯性测量装置输出三轴角速度，六轴惯性测量装置输出三轴角速度和三轴加速度。
应注意的是，以上为便于理解本申请技术方案所作出的示例，数据采集单元包含的数据采集模块种类不应被视为限制为视频采集模块和惯性采集模块，还能够包含其他本领域常用的数据采集模块种类，例如：测距模块等。
本发明通过设置卫星定位单元输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息，使得编码及控制单元能够基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的所述计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的UTC时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步，从而使得编码及控制单元能够输出与所述卫星定位信息的UTC时间信息同步的包含采集数据及其生成时间的数据包，便于后端进行数据同步关联，解决了传统的光电吊舱的数据采集及传输系统存在数据同步性差的问题。
相应的，本发明提供，一种光电吊舱的数据同步方法，包括：输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息至编码及控制单元；基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的所述计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步；输出控制信号至所述数据采集单元；基于控制信号生成采集数据并将所述采集数据传输至所述编码及控制单元；编码所述采集数据，并加入记录的与所述采集数据对应的所述控制信号的生成时间，生成包含所述采集数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包。
进一步的，所述数据同步方法还包括：所述计时器模块在完成初始更新后，在每一次卫星定位单元输出所述同步秒脉冲信号和所述卫星定位信息至编码及控制单元时，所述计时器模块基于所述卫星定位信息输出待标定秒脉冲信号至所述秒脉冲误差跟踪控制器；所述秒脉冲误差跟踪控制器基于所述同步秒脉冲信号和所述待标定秒脉冲信号生成误差时间调整量；基于所述误差时间调整量更新所述计时器模块。
更进一步的，所述数据同步方法还包括：在所述数据采集单元包含多种类型的数据采集模块的情况下，所述编码及控制单元能够基于任务类型生成用于同步触发至少两种所述数据采集模块工作的同步控制信号，使得数据采集模块采集数据的时间严格同步，后端能够在接收到不同种类的数据压缩包时，基于不同种类的数据压缩包中包含的生成时间进行关联同步，实现精确地图像拼接/地图绘制/地理信息要素标注等操作。
以上对本发明实施例所提供的光电吊舱的数据同步系统及其方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
Claims (6)
1.一种光电吊舱的数据同步系统，其特征在于，包括：
卫星定位单元，用于输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息至编码及控制单元；
数据采集单元，能够基于控制信号生成采集数据并将所述采集数据传输至所述编码及控制单元；
所述编码及控制单元，用于输出所述控制信号至所述数据采集单元、基于计时器模块记录所述控制信号的生成时间和编码所述采集数据，其中，
所述编码及控制单元能够基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的所述计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的UTC时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步，
所述编码及控制单元在编码所述采集数据时，加入记录的与所述采集数据对应的所述控制信号的生成时间，生成包含所述采集数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包,
所述编码及控制单元还包括秒脉冲误差跟踪控制器，所述计时器模块在完成初始更新后，在每一次卫星定位单元输出所述同步秒脉冲信号和所述卫星定位信息至编码及控制单元时，所述计时器模块基于所述卫星定位信息输出待标定秒脉冲信号至所述秒脉冲误差跟踪控制器，所述秒脉冲误差跟踪控制器基于所述同步秒脉冲信号和所述待标定秒脉冲信号生成误差时间调整量，基于所述误差时间调整量更新所述计时器模块,
所述编码及控制单元还包括同步触发模块，在所述数据采集单元包含多种类型的数据采集模块的情况下，所述编码及控制单元能够基于任务类型生成用于同步触发至少两种所述数据采集模块工作的同步控制信号,
所述数据采集单元包括视频采集模块和惯性采集模块，其中，在所述编码及控制单元计算出所述视频采集模块的曝光间隔和所述惯性采集模块的采集间隔后，所述编码及控制单元生成所述同步控制信号以触发所述视频采集模块的曝光信号的同时，所述编码及控制单元基于所述同步控制信号触发所述惯性采集模块并记录所述同步控制信号的生成时间，
所述惯性采集模块将采集的惯性测量数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述惯性测量数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述惯性测量数据及其对应的所述生成时间的第一数据压缩包，
所述视频采集模块将采集的该帧视频图像数据反馈至所述编码及控制单元后，将所述视频图像数据编码并加入所述生成时间，生成包含所述视频图像数据及其对应的所述生成时间的第二数据压缩包。
2.根据权利要求1所述的光电吊舱同步系统，其特征在于，所述光电吊舱同步系统还包括用于输出所述数据压缩包的数据传输单元。
3.根据权利要求1所述的光电吊舱同步系统，其特征在于，所述视频采集模块至少包括可见光摄像机、红外摄像机、多光谱摄像机和低照度摄像机。
4.根据权利要求1所述的光电吊舱同步系统，其特征在于，所述卫星定位信息包括所述UTC时间信息、无人机位置信息和无人机速度信息，
所述编码及控制单元编码所述卫星定位信息后将所述数据压缩包传输至所述数据传输单元。
5.一种光电吊舱的数据同步方法，其特征在于，包括：
输出同步秒脉冲信号和卫星定位信息至编码及控制单元；
基于所述同步秒脉冲信号初始化所述编码及控制单元的计时器模块，并基于所述卫星定位信息包含的UTC时间信息更新所述计时器模块，使得所述计时器模块与UTC时间同步；
输出控制信号至数据采集单元；
基于控制信号生成采集数据并将所述采集数据传输至所述编码及控制单元；
编码所述采集数据，并加入记录的与所述采集数据对应的所述控制信号的生成时间，生成包含所述采集数据及其对应的所述生成时间的数据压缩包。
6.根据权利要求5所述的数据同步方法，其特征在于，所述数据同步方法还包括：
所述计时器模块在完成初始更新后，在每一次卫星定位单元输出所述同步秒脉冲信号和所述卫星定位信息至编码及控制单元时，所述计时器模块基于所述卫星定位信息输出待标定秒脉冲信号至所述秒脉冲误差跟踪控制器；
所述秒脉冲误差跟踪控制器基于所述同步秒脉冲信号和所述待标定秒脉冲信号生成误差时间调整量；
基于所述误差时间调整量更新所述计时器模块。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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