大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法及系统

摘要

本发明属于大口径射电望远镜运动控制领域，具体涉及了一种大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法及系统，旨在解决大口径射电望远镜频繁急速变速变向带来的速度不连续及扫描轨迹有效利用率低的问题。本发明包括：基于天区扫描参数，初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度；提取天球坐标系中赤经赤纬，并结合时间作为待规划变量构建赤经‑赤纬‑时间的时空Bezier曲线方程；以曲线曲率最小为目标，综合正常扫描段轨迹，获取天球坐标系下扫描天区赤经赤纬完整轨迹；转换获取馈源终端地球东‑北‑天坐标系下的规划后运行轨迹。本发明OTF扫描速度连续，对系统冲击小，规划后轨迹中没有停顿过程，提高了扫描轨迹的有效利用率。

说明书

技术领域

本发明属于大口径射电望远镜运动控制领域，具体涉及了一种大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法及系统。

背景技术

500米口径球面射电望远镜（FAST，Five-hundred-meter Aperture Sphericalradio Telescope）是我国自主建成的世界最大单口径球面射电望远镜，如图3所示。作为FAST工程六大系统之一的FAST馈源支撑系统由六索牵引并联机构、AB轴旋转机构和Stewart并联机构组成，它的职责是将馈源终端准时、准确地定位到主动反射面拟合抛物面的焦点位置，并使馈源终端指向特定的方位。针对不同的天文观测任务，FAST目前包含有换源、静态扫描、天文跟踪、编织式扫描和运动中扫描（OTF，On-The-Fly）五种运行模式。OTF扫描模式要求望远镜在天球坐标系中沿赤经或者赤纬方向来回扫描一块预定的矩形天区。OTF扫描模式根据扫描的方向又可以分为如图4所示的沿赤经方向扫描和如图5所示的沿赤纬方向扫描。沿赤经方向OTF扫描模式的轨迹由沿赤纬方向的扫描段和沿赤经方向的过渡段组成，且两者相互交替；沿赤纬方向OTF扫描模式的轨迹由沿赤经方向的扫描段和沿赤纬方向的过渡段组成，且两者相互交替。OTF扫描模式的每一条扫描线在天球坐标系是匀速的，而在地球东-北-天坐标系下则是变速的。特别地，OTF扫描模式下相邻两条赤纬/赤经扫描线之间存在一段沿赤经/赤纬方向的过渡段曲线，若不对此过渡段曲线进行合理的规划，则每一条扫描线与过渡段衔接处馈源终端的速度存在急速变速、变向的情况；另外，当望远镜从静止启动与OTF扫描结束后停止时，若不对此轨迹进行合理规划，则望远镜在启动与停止阶段的速度存在跳变情况。以上两种情况生成的急速变速、变向、急起、急停轨迹对于由柔性钢索牵引的重达30吨的馈源舱来说，平稳控制是非常困难的，极易对馈源支撑系统产生巨大冲击，影响系统控制精度，严重情况下可能会对机构构成不可预估的损坏。

针对大口径射电望远镜OTF扫描模式的轨迹规划已有部分研究，但现有的研究针对相邻两条扫描线之间过渡段的规划存在过多的加减速阶段或者停顿阶段，频繁过多的加减速和停顿消耗了过多的时间用于相邻扫描线之间的过渡，降低了OTF扫描模式下轨迹的有效利用率。作者此前提出了一种将地球东-北-天坐标系中三维空间的轨迹规划转换到天球坐标系中二维空间的轨迹规划的方法[1]，此算法可满足大口径射电望远镜的工程需求，但是此算法在相邻两条扫描线之间的过渡段的规划存在多处的加减速和停顿过程，从而导致OTF扫描模式下轨迹的有效利用率不高。因此，提高扫描轨迹的有效利用率，优化针对大口径射电望远镜OTF扫描模式的轨迹规划已成为本领域的研究方向。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]DENG S, JING F, YANG G, et al. Research on trajectory planning ofOn-The-Fly observing for the active feed receiver in FAST [C]， Proceeding ofthe 34th Chinese Control Conference, IEEE, 2015: 4393-4399。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即大口径射电望远镜OTF扫描模式天区扫描过程中馈源终端因频繁急速变速变向带来的速度不连续以及扫描轨迹的有效利用率较低的问题，本发明提供了一种大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法，该方法包括：

步骤S100，获取大口径射电望远镜系统参数和预设的待扫描天区扫描参数；

步骤S200，基于所述预设的待扫描天区扫描参数，以馈源支撑系统终端起止扫描速度为零为第一约束条件，通过预设的第一方程初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度；所述预设的第一方程为正常观测时赤经赤纬运行轨迹方程；

步骤S300，基于所述各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，结合各待规划扫描段的起止处的时刻，构建赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程；

步骤S400，采用遗传算法以所述赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程的曲率最小为目标，结合预设的第二方程，获取规划好的天球坐标系下的赤经-赤纬-时间轨迹；所述预设的第二方程为将天球坐标系下赤经赤纬映射到地球东-北-天坐标系的轨迹方程；

步骤S500，以规划后的各待规划段轨迹为第一轨迹，以通过预设的第一方程获取的各段轨迹为第二轨迹，综合第一轨迹和第二轨迹获取天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹；

步骤S600，基于所述天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹，结合所述预设的第二方程，获取馈源支撑系统终端地球东-北-天坐标系下的规划后的扫描运行轨迹。

在一些优选的实施例中，所述大口径射电望远镜系统参数包括大口径射电望远镜 所处的经度

所述预设的待扫描天区扫描参数包括待扫描天区的扫描起始点赤经

在一些优选的实施例中，所述正常观测时赤经赤纬运行轨迹方程，其表示为：

其中，

在一些优选的实施例中，步骤S200中初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，其方法为：

步骤S210，初始化起始待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度：

将待扫描天区的起始位置作为起始待规划扫描段的起始位置

步骤S220，初始化中间待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度：

将前一段待规划扫描段的终止位置作为当前待规划扫描段的起始位置

步骤S230，初始化终止待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度：

将待扫描天区的终止位置作为终止待规划扫描段的终止位置

其中，

在一些优选的实施例中，步骤S300包括：

步骤S310，基于所述各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，确定三阶 Bezier曲线的第一控制点

步骤S320，结合第一控制点

步骤S330，基于所述三阶Bezier曲线的第一控制点

其中，

在一些优选的实施例中，所述第一控制点

在一些优选的实施例中，步骤S400包括：

步骤S410，以所述赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程中第一控制点

步骤S420，离散化所述最优赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线，获取以控制周期为时间间隔的各时刻赤经-赤纬坐标，得到天球坐标系下时空Bezier轨迹；

步骤S430，通过预设的第二方程将所述天球坐标系下时空Bezier轨迹转换为馈源支撑系统终端地球东-北-天坐标系下的轨迹，并检测是否存在各时刻对应的速度、加速度均满足第二约束条件的第二控制点和第三控制点，若不存在，则跳转步骤S440；若存在，则跳转步骤S450；

步骤S440，更新当前待规划段轨迹的起止处对应的时间、赤经赤纬的位置，并跳转步骤S410；

步骤S450，以最后一次迭代的步骤S420获取的天球坐标系下时空Bezier轨迹作为规划好的天球坐标系下的赤经-赤纬-时间轨迹；

其中，所述第二约束条件为：馈源终端运行速度不大于

在一些优选的实施例中，所述预设的第二方程，其表示为：

其中，

在一些优选的实施例中，步骤S440中更新当前待规划段轨迹的起止处对应的时间、赤经赤纬的位置，其方法为：

若当前待规划扫描段为起始待规划扫描段，则将第一控制点

若当前待规划扫描段为中间待规划扫描段，则将第一控制点

若当前待规划扫描段为终止待规划扫描段，则将第四控制点

本发明的另一方面，提出了一种大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划系统，该系统包括：

参数获取模块，用于获取大口径射电望远镜系统参数和预设的待扫描天区扫描参数；

初始化模块，用于基于所述预设的待扫描天区扫描参数，以馈源支撑系统终端起止扫描速度为零为第一约束条件，通过预设的第一方程初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度；所述预设的第一方程为正常观测时赤经赤纬运行轨迹方程；

时空Bezier曲线构建模块，用于基于所述各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，结合各待规划扫描段的起止处的时刻，构建赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程；

轨迹规划模块，用于采用遗传算法以所述赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程的曲率最小为目标，结合预设的第二方程，获取规划好的天球坐标系下的赤经-赤纬-时间轨迹；所述预设的第二方程为将天球坐标系下赤经赤纬映射到地球东-北-天坐标系的轨迹方程；

轨迹综合模块，用于以规划后的各待规划段轨迹为第一轨迹，以通过预设的第一方程获取的各段轨迹为第二轨迹，综合第一轨迹和第二轨迹获取天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹；

轨迹转换模块，用于基于所述天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹，结合所述预设的第二方程，获取馈源支撑系统终端地球东-北-天坐标系下的规划后的扫描运行轨迹。

本发明的有益效果：

（1）本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法，通过将时间引入待规划变量的手段，确保了有效扫描段轨迹与预设时间的一一对齐，解决了大口径射电望远镜馈源支撑系统OTF扫描过程中馈源终端因频繁急速变速变向带来的速度不连续问题；规划后轨迹减少了扫描线过渡段的加减速过程，规划后的过渡段轨迹不存在停顿过程，从而有效提高扫描轨迹的有效利用率。

（2）本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法，通过分析馈源终端正常OTF扫描时的运行轨迹特征，基于预设的天区扫描参数，以馈源终端起止扫描速度为零为约束条件，初始化各扫描段用于规划的起止处赤经赤纬位置和速度；为降低规划轨迹的维度，提取天球坐标系中赤经赤纬为待规划变量，为保证有效扫描段轨迹与预设时间的一一对齐，将时间引入待规划变量，构建赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程；为优化时空Bezier曲线，提取三阶Bezier曲线的第一与第二控制点间距离和第三与第四控制点间距离为优化变量，以曲线曲率最小为优化目标，设计遗传算法，获取满足机构运动能力的Bezier曲线；综合正常扫描段轨迹和规划后各扫描线待规划段轨迹，获得待扫描天区赤经赤纬的完整轨迹；根据将天球坐标系下赤经赤纬映射到地球东-北-天坐标系的轨迹方程，获得最终馈源终端在地球东-北-天坐标系的运行轨迹。此规划轨迹在满足机构运动能力的前提下，一方面，平滑处理了大口径射电望远镜在由静止到正常OTF扫描再到静止阶段的运动轨迹，有效降低馈源支撑系统天文跟踪过程中因急速加减速运动引起的系统冲击，提高馈源终端的定位精度；另一方面，确保了有效扫描段轨迹与预设时间的一一对齐，解决了大口径射电望远镜OTF扫描过程中馈源终端因频繁急速变速变向带来的速度不连续问题；并且，规划后轨迹减少了扫描线过渡段的加减速过程，规划后的过渡段轨迹不存在停顿过程，从而有效提高扫描轨迹的有效利用率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法的流程示意图；

图2是本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法一种实施例的基于遗传算法时空Bezier曲线生成方法流程示意图；

图3是本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法一种实施例的五百米口径球面射电望远镜示例图；

图4是本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法一种实施例的规划前沿赤经方向OTF扫描模式赤经赤纬变化示意图；

图5是本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法一种实施例的规划前沿赤纬方向OTF扫描模式赤经赤纬变化示意图；

图6是本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法一种实施例的规划后沿赤经方向OTF扫描模式赤经赤纬变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

OTF扫描模式根据扫描方向的不同可以分为如图4所示的沿赤经方向扫描和如图5所示的沿赤纬方向扫描，因沿两种方向的OTF扫描模式具有相似性，下面以沿赤经方向OTF扫描模式对本发明进行详细阐述。

本发明的一种大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法，该方法包括：

步骤S100，获取大口径射电望远镜系统参数和预设的待扫描天区扫描参数；

步骤S200，基于所述预设的待扫描天区扫描参数，以馈源支撑系统终端起止扫描速度为零为第一约束条件，通过预设的第一方程初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度；所述预设的第一方程为正常观测时赤经赤纬运行轨迹方程；

步骤S300，基于所述各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，结合各待规划扫描段的起止处的时刻，构建赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程；

步骤S400，采用遗传算法以所述赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程的曲率最小为目标，结合预设的第二方程，获取规划好的天球坐标系下的赤经-赤纬-时间轨迹；所述预设的第二方程为将天球坐标系下赤经赤纬映射到地球东-北-天坐标系的轨迹方程；

步骤S500，以规划后的各待规划段轨迹为第一轨迹，以通过预设的第一方程获取的各段轨迹为第二轨迹，综合第一轨迹和第二轨迹获取天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹；

步骤S600，基于所述天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹，结合所述预设的第二方程，获取馈源支撑系统终端地球东-北-天坐标系下的规划后的扫描运行轨迹。

为了更清晰地对本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法进行说明，下面结合图1对本发明实施例中各步骤展开详述。

本发明第一实施例的大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法，包括步骤S100-步骤S600，各步骤详细描述如下：

步骤S100，获取大口径射电望远镜系统参数和预设的待扫描天区扫描参数。

大口径射电望远镜系统参数包括大口径射电望远镜所处的经度

预设的待扫描天区扫描参数包括待扫描天区的扫描起始点赤经

步骤S200，基于所述预设的待扫描天区扫描参数，以馈源支撑系统终端起止扫描速度为零为第一约束条件，通过预设的第一方程初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度；所述预设的第一方程为正常观测时赤经赤纬运行轨迹方程。

预设的第一方程，即正常观测时赤经赤纬运行轨迹方程，其表示如式（1）、式（2）所示：

其中，

步骤S200中初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，其方法为：

步骤S210，初始化起始待规划扫描段（即第一个待规划扫描段）的起止处赤经赤纬位置和速度：

将待扫描天区的起始位置作为起始待规划扫描段的起始位置

步骤S220，初始化中间待规划扫描段（即第一个和最后一个待规划扫描段之外的其他待规划扫描段）的起止处赤经赤纬位置和速度：

将前一段待规划扫描段的终止位置作为当前待规划扫描段的起始位置

步骤S230，初始化终止待规划扫描段（即最后一个待规划扫描段）的起止处赤经赤纬位置和速度：

针对最后一个待规划扫描段，对此扫描段的停止阶段进行额外规划，以使设备速 度平滑减速直至零。将待扫描天区的终止位置作为终止待规划扫描段的终止位置

其中，

步骤S300，基于所述各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，结合各待规划扫描段的起止处的时刻，构建赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程：

步骤S310，基于所述各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，确定三阶 Bezier曲线的第一控制点

步骤S320，结合第一控制点

第一控制点

步骤S330，基于所述三阶Bezier曲线的第一控制点

其中，

赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程如式（7）所示：

其中，参数的计算公式分别如式（8）-式（11）所示：

步骤S400，采用遗传算法以所述赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程的曲率最小为目标，结合预设的第二方程，获取规划好的天球坐标系下的赤经-赤纬-时间轨迹；所述预设的第二方程为将天球坐标系下赤经赤纬映射到地球东-北-天坐标系的轨迹方程。

如图2所示，为本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法一种实施例的基于遗传算法时空Bezier曲线生成方法流程示意图，具体包括：

步骤S410，以所述赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程中第一控制点

步骤S420，离散化所述最优赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线，获取以控制周期为时间间隔的各时刻赤经-赤纬坐标，得到天球坐标系下时空Bezier轨迹。

本发明一个实施例中，采用数值计算法解算出方程

步骤S430，通过预设的第二方程将所述天球坐标系下时空Bezier轨迹转换为馈源支撑系统终端地球东-北-天坐标系下的轨迹，并检测是否存在各时刻对应的速度、加速度均满足第二约束条件的第二控制点和第三控制点，若不存在，则跳转步骤S440；若存在，则跳转步骤S450；

其中，第二约束条件为：馈源终端运行速度不大于

预设的第二方程，其表示如式（12）所示：

其中，

步骤S440，更新当前待规划段轨迹的起止处对应的时间、赤经赤纬的位置，并跳转步骤S410。

更新当前待规划段轨迹的起止处对应的时间、赤经赤纬的位置，包括针对不同段待规划扫描段的更新方法：

若当前待规划扫描段为起始待规划扫描段，则将第一控制点

若当前待规划扫描段为中间待规划扫描段，则将第一控制点

若当前待规划扫描段为终止待规划扫描段，则将第四控制点

步骤S450，以最后一次迭代的步骤S420获取的天球坐标系下时空Bezier轨迹作为规划好的天球坐标系下的赤经-赤纬-时间轨迹。

步骤S500，以规划后的各待规划段轨迹为第一轨迹，以通过预设的第一方程获取的各段轨迹为第二轨迹，综合第一轨迹和第二轨迹获取天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹。

步骤S600，基于所述天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹，结合所述预设的第二方程，获取馈源支撑系统终端地球东-北-天坐标系下的规划后的扫描运行轨迹。

如图6所示，为本发明大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法一种实施例的规划后沿赤经方向OTF扫描模式赤经赤纬变化示意图，可以看出规划前和规划后的射电望远镜运动中的扫描轨迹的不同，规划后的轨迹启动和停止阶段不存在速度突变，也避免了扫描线之间的过度段的急速变速、变向的情况，对于由柔性钢索牵引的重达30吨的馈源舱来说，能够实现平稳控制，不会对馈源支撑系统造成冲击，系统控制精度和精确性也得到了很大的提升。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

本发明第二实施例的大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划系统，该系统包括：

参数获取模块，用于获取大口径射电望远镜系统参数和预设的待扫描天区扫描参数；

初始化模块，用于基于所述预设的待扫描天区扫描参数，以馈源支撑系统终端起止扫描速度为零为第一约束条件，通过预设的第一方程初始化各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度；所述预设的第一方程为正常观测时赤经赤纬运行轨迹方程；

时空Bezier曲线构建模块，用于基于所述各待规划扫描段的起止处赤经赤纬位置和速度，结合各待规划扫描段的起止处的时刻，构建赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程；

轨迹规划模块，用于采用遗传算法以所述赤经-赤纬-时间的时空Bezier曲线方程的曲率最小为目标，结合预设的第二方程，获取规划好的天球坐标系下的赤经-赤纬-时间轨迹；所述预设的第二方程为将天球坐标系下赤经赤纬映射到地球东-北-天坐标系的轨迹方程；

轨迹综合模块，用于以规划后的各待规划段轨迹为第一轨迹，以通过预设的第一方程获取的各段轨迹为第二轨迹，综合第一轨迹和第二轨迹获取天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹；

轨迹转换模块，用于基于所述天球坐标系下待扫描天区赤经赤纬完整轨迹，结合所述预设的第二方程，获取馈源支撑系统终端地球东-北-天坐标系下的规划后的扫描运行轨迹。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

本发明第三实施例的一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法。

本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的大口径射电望远镜运动中扫描模式轨迹规划方法。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序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。为了清楚地说明电子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。这些功能究竟以电子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。本领域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。

术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。