一种高光谱相机姿态辅助数据更新周期波动消除方法及星上串行通讯方法

摘要

本发明提供了一种高光谱相机姿态辅助数据更新周期波动消除方法及星上串行通讯方法。高光谱相机控制器的下位机软件通过双冗余1553B总线与数管分系统进行通信，高光谱相机控制器的下位机软件的1553B总线配置模块中设置有中断屏蔽寄存器和中断悬挂寄存器；该方法主要是在所述中断屏蔽寄存器中增加使能循环缓冲中断的配置；同时在所述中断悬挂寄存器中增加循环缓冲中断判断的配置，使姿态辅助数据产生中断，并及时响应。本发明可避免姿态辅助数据接收与发送出现延迟现象，确保接收与发送的间隔时间符合设计要求，使得高光谱相机其他辅助数据的接收和发送正常，最终获得完整的高光谱图像信息。

说明书

技术领域

本发明属于高光谱相机技术领域，具体涉及一种高光谱相机姿态辅助数据更新周期波动消除方法。

背景技术

高光谱相机分系统由高光谱相机主体(包含可见光光谱相机和短波红外光谱相机)、高光谱相机信号处理器a、高光谱相机信号处理器b以及高光谱相机控制器四个单机组成。

高光谱相机控制器是高光谱相机分系统内的一个重要载荷，控制器下位机软件运行于控制器单机的下位机板上，对高光谱相机分系统各功能模块的运行进行高效可靠的管理和控制，监视高光谱相机分系统状态，协调高光谱相机分系统的工作，配合可见光和短波红外成像电路实现对地观测任务，配合压缩编码器电路实现压缩数据的传输，实现高光谱相机分系统预定的功能和任务要求。相机控制器软件通过星上串行总线(双冗余1553B总线)与数管分系统进行通信，并通过双冗余1553B总线接收数管分系统计算机的控制命令，完成对高光谱相机分系统遥测参数的采集、数据间接指令发送、工作模式的控制等操作。相机控制器软件与外部系统之间数据交换关系如图1所示；高光谱相机分系统与地检测试系统硬件连接关系如图2所示。

高光谱相机图像中辅助数据(包括每秒5包的姿态辅助数据、每秒1次的整星时间、导航数据和积分时间)由数管分系统通过1553B总线下发给高光谱相机控制器，控制器再通过内部485总线转发给可见及红外成像电路。可见、红外成像电路接收到该数据后，按规定格式编排进辅助数据，随图像数据向外发送。

用地检计算机发送同步帧，姿态辅助数据、导航辅助数据、时间辅助数据、积分时间辅助数据、遥测数据接收。5包姿态辅助数据接收与下发波形如图3所示，分析该波形，可以看出同步帧与5包姿态辅助数据间隔分别为0.96ms、0.94ms、0.96ms、0.97ms、0.98ms。其中，姿态1辅助数据与与同步帧间隔波形如图4所示。

5包姿态辅助数据接收与发送间隔分别为6.9ms、5.42ms、8.5ms、5.43ms、5.42ms；其中，姿态1辅助数据接收与发送间隔如图5所示，图中辅助数据下发间隔200ms，间隔时间波动<±10ms,与软件设计时序相符。

对分系统1553B测试环境与整星1553B测试环境进行分析，对分系统1553B测试环境进行修改，要求尽量与整星保持一致，整星辅助数据与同步头位置关系如图6所示。修改高光谱相机地检1553B通信软件，使同步帧与辅助数据发送间隔尽量与整星保持一致，测试波形如图7所示，分析该波形，可以看出同步帧与5包姿态辅助数据间隔分别为2.97ms、2.95ms、2.96ms、2.9ms、2.9ms；其中，姿态1辅助数据接收与同步帧间隔及同步帧执行时间波形如图8所示。

5包姿态辅助数据接收与发送间隔分别为64.4ms、58.1ms、54.3ms、57.4ms、54.1ms；其中，姿态1辅助数据接收与发送间隔如图9所示。此次测试时出现图像数据中5包姿态辅助数据间隔时间波动±50ms左右。

图6中辅助数据下发间隔200ms，间隔波动<±10ms波动，间隔时间波动与软件设计时序相符。

对上述两种测试波形比较发现，5包姿态辅助数据接收与发送间隔不同，第一种测试环境下接收与发送间隔小于10ms，这与程序设计相符。第二种测试环境下(即修改地检软件发送时序后)姿态辅助数据接收与发送间隔大于50ms，这与10ms延时波动设计不符；如此，会导致高光谱相机其他辅助数据的接收和发送均推迟，影响高光谱图像辅助参数的获得，使得高光谱图像信息不全。

发明内容

针对上述问题，发明人进行了深入的研究，寻找原因。

高光谱相机控制器的下位机软件通过星上串行总线与数管分系统进行通信，接收来自数管分系统下发的辅助数据，再经内部485总线转发给可见及红外成像电路，可见及红外成像电路按规定格式在图像数据中编排进所述辅助数据，使其随图像数据向外发送；同时，地检计算机向高光谱相机控制器发送同步帧；所述辅助数据包括姿态辅助数据、整星时间、导航数据和积分时间；所述星上串行总线为双冗余1553B总线；高光谱相机控制器的下位机软件的1553B总线配置模块中设置有中断屏蔽寄存器和中断悬挂寄存器.

修改测试环境前，同步帧执行结束前姿态辅助数据到来，这样，当两帧同步帧执行结束后会紧接着处理姿态辅助数据，没有延时，参见图10同步帧处理时间波形和图11姿态辅助数据处理转发波形。

而修改测试环境(即修改地检软件发送时序)后测试，姿态辅助数据是在两帧同步帧执行结束后到来，而这时姿态辅助数据没有产生中断信号，所以并没有处理，等下一次同步帧中断时再处理的，这样使得姿态辅助数据转发相对接收延时50ms左右，参见图12修改地检软件发送时序后姿态辅助数据接收处理与转发波形。

检查下位机程序，姿态辅助数据和导航辅助数据对应的子地址控制字设置为循环缓冲中断，时间代码设置为广播模式消息收完中断，其它均设置为消息收完中断，中断屏蔽字设置为RT子地址控制字消息结束，没有设置循环缓冲中断，并且在接收中断处理程序中只判断RT子地址控制字消息结束和消息结束中断，没有判断循环缓冲中断，这样使得姿态辅助数据与导航辅助数据接收到后不单独产生中断信号，会在响应同步帧中断中处理，所以，当同步帧中断处理没有结束，这时姿态辅助数据到来，则同步帧处理结束，姿态辅助数据紧接处理，处理结束在转出本次中断。当同步帧中断处理结束后转出中断，这时姿态辅助数据到来，则此次姿态辅助数据会在下一次响应同步帧中断中处理，这样会使本次姿态辅助数据发送相比接收滞后50ms左右发送。

基于此，本发明提供一种高光谱相机姿态辅助数据更新周期波动消除方法，该方法旨在将“姿态辅助数据接收与发送间隔”限制在10ms以下，以符合设计要求。

该方法主要包括：

1)在所述中断屏蔽寄存器中增加使能循环缓冲中断的配置；

2)在所述中断悬挂寄存器中增加循环缓冲中断判断的配置，使姿态辅助数据产生中断，并及时响应。

采用1553B总线控制器B65170支持所述1553B总线配置模块；对于所述使能循环缓冲中断的配置和所述循环缓冲中断判断的配置，可参照1553B总线控制器B65170手册进行编写。

相应的，一种基于双冗余1553B总线的星上串行通讯方法，包括1553B总线接口芯片初始化和1553B外部中断响应；其中：

所述1553B总线接口芯片初始化包括设置中断屏蔽寄存器的步骤，使能消息结束中断和循环缓冲中断；

所述1553B外部中断响应是对1553B总线接收到的数据帧内容进行判断，调用相应处理程序；其中包括判断RT子地址控制字消息结束中断/消息结束中断的步骤和基于设定的RT子地址中断方式进行时间消息处理的步骤；其特殊之处在于：

所述判断RT子地址控制字消息结束中断/消息结束中断的步骤之后，还进行RT循环缓冲翻转中断判断；

所述设定的RT子地址中断方式为消息结束中断(替换原来的广播模式消息结束中断)。

本发明的优点是：

本发明为解决此类问题提供了一种新的思路，采用该方法，可避免姿态辅助数据接收与发送出现延迟现象，确保接收与发送的间隔时间符合设计要求，使得高光谱相机其他辅助数据的接收和发送正常，最终获得完整的高光谱图像信息。

附图说明

图1为高光谱相机分系统中控制器软件运行环境示意图；

图2为高光谱相机分系统与地检测试系统硬件连接简图；

图3为5包姿态辅助数据接收与发送波形；

图4为姿态1辅助数据与同步帧间隔波形；

图5为姿态1辅助数据接收与发送间隔波形；

图6为整星测试同步帧与姿态间隔关系；

图7为修改地检程序后5包姿态辅助数据接收与发送波形；

图8为修改地检程序后姿态1辅助数据接收与同步帧间隔及同步帧执行时间波形；

图9为姿态1辅助数据接收与发送间隔波形；

图10为同步帧处理时间波形；

图11为姿态辅助数据接收处理与转发波形；

图12为修改地检软件发送时序后姿态辅助数据接收处理与转发波形；

图13为现有技术的1553B初始化程序流程图。

图14为本发明一个实施例的1553B初始化程序流程图。

图15为现有技术的1553B中断响应程序流程图。

图16为本发明一个实施例的1553B中断响应程序流程图。

图17为本发明一个实施例(按照图14、图16修改后的下位机软件程序)5包姿态辅助数据接收与姿态辅助数据转发波形；

图18为本发明一个实施例(按照图14、图16修改后的下位机软件程序)同步帧与姿态接收处理及转发时间波形。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

一种高光谱相机姿态辅助数据更新周期波动消除方法，旨在将“姿态辅助数据接收与发送间隔”限制在约10ms以下，高光谱相机控制器的下位机软件通过星上串行总线与数管分系统进行通信，接收来自数管分系统下发的辅助数据(辅助数据包括姿态辅助数据、导航辅助数据、时间辅助数据、积分时间辅助数据等)，再经内部485总线转发给可见及红外成像电路，可见及红外成像电路按规定格式在图像数据中编排进所述辅助数据，使其随图像数据向外发送；同时，地检计算机向高光谱相机控制器发送同步帧；所述星上串行总线基于1553B总线控制器B65170建立通信；包括以下步骤：

首先，在高光谱相机控制器下位机软件中1553B总线配置模块的中断屏蔽寄存器中增加使能循环缓冲中断配置；

其次，在高光谱相机控制器下位机软件中1553B总线接收中断程序的中断悬挂寄存器中增加循环缓冲中断判断，使姿态辅助数据产生中断，并及时响应。

对于上述使能循环缓冲中断配置以及循环缓冲中断判断，本领域技术人员可参照1553B总线控制器B65170手册进行编写。

对于上述中断屏蔽寄存器中增加使能循环缓冲中断的配置和中断悬挂寄存器中增加循环缓冲中断判断的配置，主要体现在1553B总线接口芯片初始化和1553B外部中断响应。

1553B总线接口芯片初始化设计说明：

设置复位寄存器，进入复位状态；设置配置寄存器3(CONR3)，进入增强模式；设置中断屏蔽寄存器，使能消息结束中断和循环缓冲中断；设置配置寄存器2(CONR2)，进入增强型RT存储器管理模式；设置配置寄存器3(CONR3)，增强模式允许；设置RT子地址发送接收中断，设置RT子地址发送接收地址，设置配置寄存器1(CONR1)，进入RT工作方式并启动RT。如图13所示。

如图14，本实施例将中断屏蔽寄存器由原来的开RT子地址控制字消息结束中断改为RT子地址控制字消息结束和RT循环缓冲翻转中断(IMR＝0x0010修改为IMR＝0x0030)。

1553B外部中断响应程序设计说明：

该程序为中断处理程序，响应外部中断INT0。对1553B总线接收到的数据帧内容进行判断，调用相应处理程序。INT0中断选用工作寄存器组3；读取bu65170内部中断悬挂寄存器，判断是否为接收消息结束中断(EOM)；接收到辅助数据、总线命令、获取确认命令、分发描述符及同步帧时调用相应程序，其他数据不做处理；中断程序处理期间关闭中断。如图15所示。

如图16，本实施例将RT子地址29中断方式由原来的广播模式消息结束中断(0x0010)改为消息结束中断(0x0200)。并在原来的判断RT子地址控制字消息结束中断/消息结束中断基础上，增加RT循环缓冲翻转中断判断。

为了检验该发明的效果，对此进行了测试验证：

按照本发明的方法对下位机软件进行修改，并使用地检软件修改发送时序版本(为确保同步帧与辅助数据发送间隔尽量与整星保持一致)进行测试，5包姿态辅助数据接收与发送间隔分别为8.5ms、10.56ms、5.98ms、9.55ms、5.98ms，姿态接收与转发波形如图17所示。

同步帧与5包姿态辅助数据间隔分别为2.96ms、2.98ms、2.96ms、2.9ms、2.96ms。5包姿态辅助数据接收与发送间隔分别为8.5ms、10.5ms、5.98ms、9.55ms、5.98ms，同步帧与姿态接收处理及转发时间波形如图18所示。

可以看出，辅助数据下发间隔200ms，间隔波动<±10ms波动，间隔时间波动与软件设计时序相符。连续测试波形稳定，姿态辅助数据接收到发送延时在10ms左右，均与设计相符。