本發(fā)明涉及光電，具體涉及一種光電系統(tǒng)綜合管理方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事、航空、航天等領(lǐng)域，用于目標(biāo)搜索、識別、跟蹤、測距、定位和照射等任務(wù)。傳統(tǒng)的光電系統(tǒng)包括紅外成像模塊、激光測距模塊、光斑跟蹤模塊等。這些模塊通過各自的處理器和控制單元進(jìn)行獨立工作，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互和協(xié)同工作依賴于復(fù)雜的接口和通信協(xié)議。

2、一方面，上述傳統(tǒng)的光電系統(tǒng)通常采用分布式架構(gòu)，各個模塊之間通過串行通信、以太網(wǎng)或其他通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲較大，影響系統(tǒng)的實時性。另一方面，系統(tǒng)管理模塊負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個模塊的工作，但由于各個模塊獨立工作，系統(tǒng)管理模塊難以高效協(xié)調(diào)各個模塊的工作，導(dǎo)致系統(tǒng)整體協(xié)同工作效率較低。此外，還存在擴(kuò)展性差，以及功耗和體積大等缺陷。例如傳統(tǒng)系統(tǒng)的硬件和軟件架構(gòu)較為固定，難以根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行靈活擴(kuò)展和升級。傳統(tǒng)系統(tǒng)通常采用多個獨立的處理器和控制單元，難以滿足現(xiàn)代無人機(jī)等平臺對輕量化和低功耗的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種光電系統(tǒng)綜合管理方法與系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的通信延遲、協(xié)同工作效率低、擴(kuò)展性差、功耗和體積大的問題。

2、本發(fā)明提供一種光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)，包括光電分系統(tǒng)和綜合處理子系統(tǒng)；所述光電分系統(tǒng)采用接收孔徑綜合構(gòu)型；所述綜合處理子系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理模塊、智能處理模塊和導(dǎo)航模塊；

3、所述光電分系統(tǒng)包括設(shè)置獨立發(fā)射孔徑的激光發(fā)射模塊和共口徑接收組件；所述共口徑接收組件包括紅外成像模塊、激光接收模塊和光斑跟蹤模塊；

4、所述系統(tǒng)管理模塊和智能處理模塊之間的數(shù)據(jù)交互通過rapidio接口、pcie接口和rs422接口驅(qū)動實現(xiàn)；

5、所述系統(tǒng)管理模塊用于實現(xiàn)系統(tǒng)管理、傳感器管理、數(shù)據(jù)通信、傳感器接口管理、伺服控制及光斑跟蹤算法中的一種或多種；所述智能處理模塊用于實現(xiàn)圖像處理、ai目標(biāo)識別、地圖匹配、視頻壓縮、圖像存儲及圖像傳輸中的一種或多種；所述導(dǎo)航模塊與飛機(jī)慣導(dǎo)及衛(wèi)通天線交聯(lián)，用于生成飛機(jī)位置、飛機(jī)姿態(tài)、傳感器姿態(tài)及時間信息數(shù)據(jù)，供所述系統(tǒng)管理模塊和智能處理模塊調(diào)用。

6、所述光電分系統(tǒng)設(shè)置不小于50mm的獨立激光發(fā)射孔徑30mm的獨立可見光接收孔徑。

7、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的共口徑接收組件包括多種組合方式的光學(xué)合成孔徑的卡塞格林天線；所述組合方式包括短波&中波&長波紅外、可見光和激光中的任意兩種或多種的組合；各個波長的光通過分色、分光鏡進(jìn)行分離后，進(jìn)入不同的探測器靶面進(jìn)行信號調(diào)制和信號濾波。

8、所述光電分系統(tǒng)設(shè)置不小于150mm的共口徑接收組件，所述共口徑接收組件的紅外成像模塊、激光接收模塊和光斑跟蹤模塊之間采用分光片、分色片的方式保證各波長的單獨光學(xué)傳輸路徑。

9、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的所述綜合處理子系統(tǒng)通過智能處理模塊的fpga實現(xiàn)視頻采集與預(yù)處理，利用pcie接口傳輸視頻數(shù)據(jù)至智能處理模塊，采用以太網(wǎng)交換機(jī)分發(fā)壓縮視頻，所述智能處理模塊通過至少兩個智能處理芯片支持雙智能處理模塊協(xié)同處理高算力算法，所述智能處理模塊的智能處理芯片和所述智能處理模塊的fpga之間視頻數(shù)據(jù)傳輸通過pcie接口驅(qū)動實現(xiàn)。

10、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的綜合信息處理子系統(tǒng)中的視頻處理過程包括：

11、紅外光信號基于srio協(xié)議通過光電收發(fā)器傳輸至fpga，所述fpga按srio協(xié)議解析數(shù)據(jù)并預(yù)處理后通過pcie2.0?4x接口傳輸給智能處理芯片以供處理；

12、白光avt信號通過avt協(xié)議以及視頻接收芯片進(jìn)入所述fpga，所述fpga按avt協(xié)議解析數(shù)據(jù)并預(yù)處理后通過pcie2.0?4x接口傳輸給智能處理芯片以供處理；

13、專用視頻傳輸通道：經(jīng)過所述智能處理芯片處理后的紅外視頻通過mipi傳給另一智能處理芯片；

14、經(jīng)過所述智能處理芯片處理后的壓縮視頻通過以太網(wǎng)交換機(jī)分發(fā)至6路百兆以太網(wǎng)輸出。

15、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的系統(tǒng)管理模塊包括雙核cpu單元、能夠?qū)崿F(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合的fpga單元、289a總線模塊和存儲單元；

16、所述雙核cpu單元的第一處理器負(fù)責(zé)管理類任務(wù)和算法類任務(wù)，第二處理器負(fù)責(zé)通信類任務(wù)，所述fpga單元通過lbc接口與所述cpu單元連接，且所述fpga單元外接存儲單元；所述fpga單元擴(kuò)展出多個rs422接口與智能處理模塊通信，并通過lbc總線匯聚給雙核cpu單元實現(xiàn)所述系統(tǒng)管理模塊的系統(tǒng)管理、傳感器管理、數(shù)據(jù)通信、傳感器接口管理、伺服控制及光斑跟蹤算法；所述雙核cpu單元通過pcie總線控制所述289a總線模塊與任務(wù)機(jī)進(jìn)行通信。

17、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的導(dǎo)航模塊包括導(dǎo)航板和背在導(dǎo)航板上的導(dǎo)航子卡、導(dǎo)航子卡2和自毀存儲卡。導(dǎo)航子卡、導(dǎo)航子卡2與飛機(jī)慣導(dǎo)、衛(wèi)通天線交聯(lián)，產(chǎn)生飛機(jī)的位置、飛機(jī)姿態(tài)、傳感器姿態(tài)、時間信息等數(shù)據(jù)，供主控功能和圖像功能使用。

18、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的系統(tǒng)管理模塊的cpu?運行國產(chǎn)道分區(qū)的操作系統(tǒng)?deltasvm，

19、所述操作系統(tǒng)deltasvm包括安全虛擬機(jī)內(nèi)核及核心級板級支持包，運行于處理器的核心態(tài)，通過硬件權(quán)限管理單元實現(xiàn)系統(tǒng)資源的隔離與調(diào)度；

20、所述操作系統(tǒng)deltasvm還包括運行時庫，配置為在系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)下均可調(diào)用，并通過內(nèi)存管理單元實現(xiàn)動態(tài)內(nèi)存分配；

21、所述操作系統(tǒng)deltasvm還包括分區(qū)級板級支持包和飛機(jī)軟件運行環(huán)境組件，運行于用戶態(tài)，通過權(quán)限隔離機(jī)制限制對核心態(tài)資源的直接訪問；

22、所述操作系統(tǒng)deltasvm還包括處理器架構(gòu)，支持多級權(quán)限狀態(tài)切換，包括核心態(tài)、系統(tǒng)態(tài)及用戶態(tài)；

23、所述安全虛擬機(jī)內(nèi)核通過硬件中斷控制器管理實時任務(wù)調(diào)度；

24、所述核心級板級支持包通過寄存器映射與物理外設(shè)驅(qū)動交互；

25、所述運行時庫提供跨權(quán)限態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化接口，供用戶態(tài)應(yīng)用調(diào)用系統(tǒng)級功能。

26、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的智能處理模塊的處理器運行軟實時操作系統(tǒng)openeuler-22.03。軟實時操作系統(tǒng)openeuler-22.03通過分層架構(gòu)與硬件交互，核心依賴?內(nèi)核驅(qū)動、硬件抽象接口及系統(tǒng)調(diào)用?實現(xiàn)從物理設(shè)備到用戶程序的無縫連接。

27、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的光電分系統(tǒng)外包絡(luò)為光窗組件；所述光窗組件采用高透光率的多光譜復(fù)合材質(zhì)與抗沖擊支撐結(jié)構(gòu)組成。光窗邊緣采用輕量化金屬/復(fù)合材料包覆，既保障整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又通過表面處理技術(shù)降低反光率，提升隱蔽性與環(huán)境適應(yīng)性。

28、進(jìn)一步，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的綜合處理子系統(tǒng)安裝于固定框架內(nèi)，不隨伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，所述光電載荷均置于俯仰軸系上。

29、一種基于上述任一所述的光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)的光電系統(tǒng)綜合管理方法，具體包括以下步驟：

30、s1：構(gòu)建高度集成的硬件架構(gòu)，包括采用接收孔徑綜合構(gòu)型構(gòu)建光電分系統(tǒng)和設(shè)置綜合處理子系統(tǒng)，所述設(shè)置綜合處理子系統(tǒng)包括集成系統(tǒng)管理模塊、智能處理模塊及導(dǎo)航模塊；

31、s2：實施實時軟件驅(qū)動管理，包括在所述系統(tǒng)管理模塊部署道分區(qū)的操作系統(tǒng)deltasvm，在所述智能處理模塊部署軟實時操作系統(tǒng)openeuler?-?22.03；

32、s3：建立實時低延時數(shù)據(jù)通信架構(gòu)，通過fpga實現(xiàn)視頻采集與預(yù)處理，利用pcie接口傳輸視頻數(shù)據(jù)至智能處理模塊；采用以太網(wǎng)交換機(jī)分發(fā)壓縮視頻，支持多路百兆以太網(wǎng)信號傳輸；

33、s4：模塊化設(shè)計，各模塊之間通過標(biāo)準(zhǔn)接口交互數(shù)據(jù)，支持雙智能處理模塊協(xié)同處理高算力算法；

34、s5：低功耗管理，采用低功耗處理器及動態(tài)電源管理策略，降低系統(tǒng)整體功耗。

35、本發(fā)明所述一種光電系統(tǒng)綜合管理方法與系統(tǒng)，其有益效果在于：

36、首先，本發(fā)明通過接收孔徑綜合構(gòu)型與多模塊硬件集成設(shè)計，顯著優(yōu)化了傳統(tǒng)光電系統(tǒng)的分布式架構(gòu)缺陷。光電分系統(tǒng)采用共口徑接收組件與獨立發(fā)射孔徑設(shè)計，結(jié)合分色/分光技術(shù)實現(xiàn)多光譜（短波/中波/長波紅外、可見光、激光）信號的高效分離與并行處理，解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)多模塊獨立運行導(dǎo)致的資源冗余與協(xié)同效率低下的問題。綜合處理子系統(tǒng)通過rapidio、pcie、rs422等高速接口實現(xiàn)系統(tǒng)管理模塊與智能處理模塊的實時數(shù)據(jù)交互，結(jié)合雙核cpu單元（分任務(wù)管理類與通信類）、fpga多源數(shù)據(jù)融合架構(gòu)，以及雙智能處理芯片協(xié)同運算，將算法處理延遲降低至毫秒級，大大提升了整體系統(tǒng)的響應(yīng)速度。而且，硬件架構(gòu)采用固定框架與俯仰軸系分離設(shè)計，減少伺服轉(zhuǎn)動對核心處理單元的干擾，進(jìn)一步保障了實時性與穩(wěn)定性。

37、其次，本發(fā)明還通過標(biāo)準(zhǔn)化接口與模塊化設(shè)計，本發(fā)明實現(xiàn)了光電系統(tǒng)功能的高度靈活擴(kuò)展。共口徑接收組件支持多波段光學(xué)合成孔徑（如卡塞格林天線）的任意組合，可適配不同任務(wù)需求的光譜覆蓋范圍（如短波紅外+激光或可見光+長波紅外）。智能處理模塊基于pcie?2.0?4x接口與以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建分布式視頻處理通道，支持多路高分辨率紅外/白光視頻的并行壓縮、傳輸與ai目標(biāo)識別，同時通過雙智能處理芯片的算力協(xié)同，滿足復(fù)雜算法（如ai目標(biāo)識別、地圖匹配）的實時計算需求。系統(tǒng)管理模塊采用國產(chǎn)道分區(qū)操作系統(tǒng)deltasvm，通過核心態(tài)、系統(tǒng)態(tài)、用戶態(tài)三級權(quán)限隔離與硬件資源動態(tài)調(diào)度機(jī)制，確保關(guān)鍵任務(wù)（如伺服控制、光斑跟蹤）的強(qiáng)實時性，同時兼容多源傳感器接口（如289a總線、rs422），顯著提升了系統(tǒng)在偵察、無人機(jī)導(dǎo)航等場景下的任務(wù)適配性與可升級性。

38、此外，本發(fā)明所述光電系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)還具有低功耗管理與隱蔽性優(yōu)化的優(yōu)點。一方面，通過輕量化材質(zhì)與動態(tài)電源管理策略，本發(fā)明有效降低了系統(tǒng)整體功耗與物理體積。光窗組件采用高透光率（≥60%可見光波段）多光譜復(fù)合材質(zhì)與抗沖擊支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)合邊緣輕量化金屬/復(fù)合材料包覆技術(shù)，在保障結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時將重量降低。采用光窗反光率≤1.5%（可見光波段）與≤0.8%（激光/紅外波段），顯著提升特定環(huán)境下的隱蔽性與抗探測能力。另一方面，系統(tǒng)內(nèi)部采用低功耗處理器與智能電源管理模塊，通過任務(wù)負(fù)載動態(tài)分配（如cpu雙核分時處理管理類與通信類任務(wù)），實現(xiàn)功耗降低。此外，導(dǎo)航模塊與飛機(jī)慣導(dǎo)/衛(wèi)通天線的深度交聯(lián)，結(jié)合自毀存儲卡設(shè)計，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)在高風(fēng)險任務(wù)中的可靠性與數(shù)據(jù)安全性。