航空立体测绘相机的时统方法和系统

摘要

本发明适用航空测绘技术领域，提供了一种航空立体测绘相机的时统方法和系统，所述方法包括接收POS系统输出的两次PPS秒脉冲信号；根据所述两次PPS秒脉冲信号的时间间隔进行系统对时；在每次图像曝光时记录曝光时间，并进行存储；在所述POS系统查询所述曝光时间的姿态信息，并将所述姿态信息结合在所述曝光时间对应的图像中。通过系统时间的对时，使POS系统的时间与FPGA中时间保持一致，在每次图像曝光时记录曝光时间，并进行存储，从而根据系统时间即可将每次曝光时间对应的曝光图像与位置信息、姿态信息相结合，将所述姿态信息融入在所述曝光时间对应的图像中，实现航空立体测绘。

权利要求

1.一种航空立体测绘相机的时统方法，其特征在于，所述方法包括：接收POS系统输出的两次PPS秒脉冲信号；

根据所述两次PPS秒脉冲信号的时间间隔进行系统对时；

所述根据所述两次PPS秒脉冲信号的时间间隔进行系统对时的步骤包括：接收到所述PPS秒脉冲信号的上升沿（或下降沿）；

根据两次所述上升沿之间的时间间隔，按照所述时间间隔为1秒的时长对晶振进行压控反馈，微调所述晶振的时钟频率；

采用经时钟频率微调后的时间系统进行系统时间计时；

在每次图像曝光时记录曝光时间，并进行存储；

在所述POS系统查询所述曝光时间的姿态信息，并将所述姿态信息结合在所述曝光时间对应的图像中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据两次所述上升沿之间的时间间隔，按照所述时间间隔为1秒的时长对晶振进行压控反馈，微调所述晶振的时钟频率的步骤包括：根据两次所述上升沿之间的时间间隔，对所述晶振压控反馈端的输入电压进行调整；

根据经过调整后的所述输入电压调节所述晶振的时钟频率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时钟频率与所述输入电压的关系为：其中，Xref为晶振参考电压，β为调频范围，x为压控端输入电压，Δf为微调频率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光时间的存储结构采用的是pingpong存储结构。

说明书

航空立体测绘相机的时统方法和系统

技术领域

[0001] 本发明属于航空测绘技术领域，尤其涉及一种航空立体测绘相机的时统方法和系统。

背景技术

[0002] 航空立体测绘相机通过获取立体影像，实现对地理环境进行三维制图，相对于空间立体测绘相机所制三维地理图有着更大的比例尺系数，在城市规划，资源普查等领域发挥重要作用。

[0003] 航空立体测绘相机由两个或者三个独立的相机、传感器组成。以三个独立相机为例，在摄影作业时，飞行方向分为前视、下视、后视三个探测器同时曝光成像，当飞机连续飞行任务连续进行时，可得到同一场景不同拍摄角度获取的图像。根据此时信息还原立体影像时，还需要每个曝光时刻不同探测器的姿态信息和位置信息。

[0004] 然而，由于POS系统中的时间信息与探测器中的系统时间并不完全对应，导致无法精确查询曝光图片中的姿态信息和位置信息。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种航空立体测绘相机的时统方法和系统，旨在解决现有技术中无法精确查询曝光图片中的姿态信息和位置信息的技术问题。

[0006] 本发明提供了一种航空立体测绘相机的时统方法，包括：

[0007] 接收POS系统输出的两次PPS秒脉冲信号；

[0008] 根据所述两次PPS秒脉冲信号的时间间隔进行系统对时；

[0009] 在每次图像曝光时记录曝光时间，并进行存储；

[0010] 在所述POS系统查询所述曝光时间的姿态信息，并将所述姿态信息结合在所述曝光时间对应的图像中。

[0011] 优选的，所述根据所述两次PPS秒脉冲信号的时间间隔进行系统对时的步骤包括：

[0012] 接收到所述PPS秒脉冲信号的上升沿(或下降沿)；

[0013] 根据两次所述上升沿之间的时间间隔，按照所述时间间隔为1秒的时长对晶振进行压控反馈，微调所述晶振的时钟频率；

[0014] 采用经时钟频率微调后的时间系统进行系统时间计时。

[0015] 优选的，所述根据两次所述上升沿之间的时间间隔，按照所述时间间隔为1秒的时长对晶振进行压控反馈，微调所述晶振的时钟频率的步骤包括：

[0016] 根据两次所述上升沿之间的时间间隔，对所述晶振压控反馈端的输入电压进行调整；

[0017] 根据经过调整后的所述输入电压调节所述晶振的时钟频率。

[0018] 优选的，所述时钟频率与所述输入电压的关系为：

[0019]

[0020] 其中，Xref为晶振参考电压，β为调频范围，x为压控端输入电压，Δf为微调频率。

[0021] 优选的，所述曝光时间的存储结构采用的是pingpong存储结构。

[0022] 本发明提供了一种航空立体测绘相机的时统系统，所述系统包括FPGA、压控反馈模块、晶振、POS系统、pingpong缓存模块，所述FPGA与所述POS系统、所述压控反馈模块、所述pingpong缓存模块均信号连接。

[0023] 通过系统时间的对时，使POS系统的时间与FPGA中时间保持一致，在每次图像曝光时记录曝光时间，并进行存储，从而根据系统时间即可将每次曝光时间对应的曝光图像与位置信息、姿态信息相结合，将所述姿态信息融入在所述曝光时间对应的图像中，实现航空立体测绘。

附图说明

[0024] 图1是本发明实施例一示出的航空立体测绘相机的时统方法的一种实现流程图；

[0025] 图2是本发明实施例一示出的航空立体测绘相机的时统方法中PPS秒脉冲信号和UTC时间的对应时序图；

[0026] 图3是本发明实施例一示出的航空立体测绘相机的时统方法中数字电位计与压控温补晶振连接示意图；

[0027] 图4是本发明实施例一示出的航空立体测绘相机的时统方法中pingpong存储结构的示意图；

[0028] 图5是本发明实施例二示出的航空立体测绘相机的时统系统的一种结构框图。

具体实施方式

[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0030] 以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

[0031] 实施例一：

[0032] 附图1为实施例一示出的航空立体测绘相机的时统方法的实现流程图。实施例一示出的航空立体测绘相机的时统方法适用于航空立体测绘相机的时统系统中。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

[0033] 步骤S110，接收POS系统输出的两次PPS秒脉冲信号。

[0034] 步骤S120，根据所述两次PPS秒脉冲信号的时间间隔进行系统时间对时。

[0035] 步骤S130，在每次图像曝光时记录曝光时间，并进行存储。

[0036] 步骤S140，在所述POS系统查询所述曝光时间的姿态信息，并将所述姿态信息结合在所述曝光时间对应的图像中。

[0037] 系统时间年月日初始值均为0，在没有POS系统对时情况下，系统时间通过FPGA对晶振上升沿计数进行计时，计时单位为微秒。在FPGA外挂50MHz晶振的条件下，FPGA采集到晶振50次上升沿时，系统时间增加1us，以此累加。

[0038] POS系统将提供PPS秒脉冲信号接口。如图2所示，本系统接收时间信息发送的UTC时间和PPS秒脉冲信号，PPS秒脉冲的上升沿(或下降沿)对应UTC时间的整秒。当接收到秒脉冲的上升沿(或下降沿)时，将进行系统时间的对时，即用此时接收的UTC时间代替系统时间。

[0039] 通过系统时间的对时，使POS系统的时间与FPGA中时间保持一致，在每次图像曝光时记录曝光时间，并进行存储，从而根据系统时间即可将每次曝光时间对应的曝光图像与位置信息、姿态信息相结合，将所述姿态信息融入在所述曝光时间对应的图像中，实现航空立体测绘。

[0040] 具体的，在接收到所述PPS秒脉冲信号的上升沿(或下降沿)时，根据两次所述上升沿之间的时间间隔，按照所述时间间隔为1秒的时长对晶振进行压控反馈，对所述晶振压控反馈端的输入电压进行调整，进而根据经过调整后的输入电压调节所述晶振的时钟频率，再采用经时钟频率微调后的时间系统进行系统时间计时，使FPGA的系统时间与POS系统时间保持一致。

[0041] 由于晶振频率会受到温度和老化率影响，所以需要对晶振压控反馈端的输入电压进行调整，从而对频率进行微调。频率微调与压力在较小的频漂范围内近似为线性，调频范围±β，晶振参考电压为Xref，压控端输入电压为x，频率微调Δf，公式1所示：

[0042]

[0043] 将频漂Δf的测量转换成对时钟的计数，连续两个秒脉冲pps下降沿之间时钟的个数n就是该时钟的频率，根据频率与50MHz时钟差计算调节电压Vw(D)如公式2所示。

[0044]

[0045] 晶振压控电压的控制端，通过数字电位计对晶振参考电压进行分压来调节，其中数字电位计根据本章计算由FPGA自动进行调整。本系统以MAX5481为例，MAX5481是1024抽头，线性变化如图3所示。从图可以看出，压控端电压通过电阻分压得到，补偿了温度变化和自身老化率对晶振频率的影响。w端输出电压Vw(D)如公式3所示：

[0046]

[0047] 其中VFSE为量程误差，VZSE为零点误差，两个误差可用实验标出，VHL为Vref，VL 0，D为数字电位计内部抽头值，取值范围0～1024，将数字电位计电压输出端带入式3，D计算值如公式4所示：

[0048]

[0049] 计算好的D用FPGA通过SPI发送给数字电位计，即可实时微调晶振的频率，保证频率准确。从而确保两个PPS秒脉冲之间系统内部累加时间的准确性。

[0050] POS系统具有存储位置/姿态信息功能，本发明中，存储结构采用的是pingpong存储结构，该存储结构时间信息可以边记录边存储，并且可以事后通过时间查询所有工作时刻的位置姿态/信息，所以时间和图像对准十分重要。

[0051] 本系统产生曝光同步信号，该同步信号有两个功能：1)触发探测器曝光，同时记录该探测器的曝光次数。2)存储当前系统时间，同时记录时间的存储次数。该步骤最关键就是记录准确的时间信息。

[0052] 以线阵探测器为例，航空摄影时，曝光周期小于1ms，曝光连续不能被打断，实时产生时间信息。本系统设计了基于pingpong结构的时间信息存储模式，如图4所示。由本系统产生曝光同步信号触发图像和时间信息。内部产生两个双口RAM，设计pingpong结构。当采集到曝光开始时，将此时刻的系统时间和计算出的曝光时间缓存在ping双口RAM中，存满1024个曝光时刻信息后，将这些数据发送至存储器；ping双口RAM发送数据的同时，pong双口RAM开始缓存曝光时刻信息，存满1024个曝光时刻信息后，将这些数据发送至存储器；发送的同时再由ping双口RAM进行曝光时刻信息的缓存。如此交替，保证了系统工作稳定的同时，时间信息能准确的存储。

[0053] 时统系统整体框架图如图5所示，经过时间矫正的授时与对时系统接收到POS系统的时间信息，产生内部时间信息。在图像曝光触发信号作用下，记录曝光时刻的系统时间，存储曝光时刻产生的图像，记录图像曝光次数。根据时间信息读取PCS在对应时刻存储的位置/姿态信息，根据曝光次数将位置/姿态信息与图像信息进行结合，从而获取到具有位置/姿态信息的图像。

[0054] 实施例二：

[0055] 图5示出了本实施例提供的航空立体测绘相机的时统系统。如附图5所示，本实施例提供的航空立体测绘相机的时统系统X包括FPGA、压控反馈模块、晶振、POS系统、pingpong缓存模块，所述FPGA与所述POS系统、所述压控反馈模块、所述pingpong缓存模块均信号连接。

[0056] 该航空立体测绘相机的时统系统的具体工作方式已在实施例一中进行详细描述，在此不再赘述。

[0057] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。