一种高速行驶月球车实时图像处理方法与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及一种高速行驶月球车实时图像处理方法，属于月球车实时图像处理领域。背景技术：2.随着后续月球探测的深入开展，可能建立月面科研站、载人探测设施；高速行驶的月球车将从需求方面变得越来越强烈。然而航天器的智能处理能力有限，特别是高强度运算能力与需求间的矛盾更加凸显。如果要紧跟目前工业和商业应用的ai算法，对算力的需求越来越高，航天器常用的宇航级器件已经不能满足需求。如果向算力妥协，必须采用商业或工业级器件。商业级和工业级器件，不能适应空间恶劣的环境，并且能源供给、散热需求均较难以满足，为了使商业和工业级期间满足空间环境要求，必须进行大量的加固，空间环境防护，导致车载设备重量更加沉重。如果向可靠性妥协，采用传统的航天处理器，必然导致算力降低，图像处理的周期变长，为此只能降低月球车的行驶速度。技术实现要素：3.本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统航天处理器算力不足、图像处理周期长的问题，提出了一种高速行驶月球车实时图像处理方法。4.本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：5.一种高速行驶月球车实时图像处理方法，步骤如下：6.于月面指定区域建立月球数据处理中心；7.通过月球车，利用月球车搭载的车载相机、激光雷达、微波雷达获取实时图像信息；8.通过月球车，利用车载高速通讯系统，将车载相机、激光雷达、微波雷达获取的图像数据，实时发送至月球数据处理中心；9.月球数据处理中心根据收到的图像数据进行处理，生成实时地图、路径规划、以及控制指令；10.将所得实时地图、路径规划、以及控制指令发送至月球车，由月球车的车载计算机进行指令解译，驱动月球车运动。11.所述月球数据处理中心建立于月球极区内的永久阴影区内，采用固定式进行建立，利用月球面的资源进行空间防护及辐射防护。12.所述月球数据处理中心采用商业级或工业级高速智能处理器，即采用高速cpu、gpu进行数据处理，月球数据处理中心接收地面数据处理中心测控站发送的数据，进行更新，并根据地面数据处理中心测控站发送的探测任务指令和探测任务所需计算负载情况，调度月球数据处理中心的计算能力。13.所述车载相机的摄像头、激光雷达、微波雷达等设备由图像捕获到发送至月球数据处理中心的处理、传输延迟小于指定时长t1，所述指定时长t1根据具体探测任务中，车载相机、激光雷达、微波雷达、数据传输设备的性能参数及数传宽带数据确定。14.所述图像数据进行处理过程中，时间延迟小于指定时长t2，所述指定时长t2根据具体探测任务中，月球数据处理中心的运算能力确定。15.所述月球数据处理中心发出控制指令至车载计算机的完成执行的时间延迟小于指定时长t3，所述指定时长t3根据具体探测任务中，月球车的车载计算机的解译周期及执行周期确定。16.根据指定时长t1、指定时长t2、指定时长t3确定系统延迟总时长，所述系统延迟总时长控制范围不大于200ms。17.所述月球车的车载高速通讯系统传输图像的最高帧频大于25hz；月球数据处理中心的指令更新频率大于25hz，并且与图像的最高帧频匹配。18.所述月球车的车速最高为vmax，月球车由最高车速至零制动距离为lbrake，月球车运动过程规避凸起障碍或凹坑，待规避障碍的最大高度或深度为max(h，h)，障碍识别距离lmax(h，h)前必须要识别出障碍，这样才有障碍规避或制动的有效距离和响应时间。lmax(h，h)计算方法为：19.lmax(h，h)＝lbrake+vmax*0.2。20.所述月球数据处理中心与月球车通讯采用视距内直接通讯，视距外中继通讯，所述中继通讯通过在轨中继卫星或月面布设的中继通讯站。21.本发明与现有技术相比的优点在于：22.本发明提供的一种高速行驶月球车实时图像处理方法，采用月球车与月球数据处理中心将计算量大的运算由数据处理中心完成，指令执行由月球车车载计算机完成，采用固定式数据处理中心，无需搭载于月球车上，以高带宽实时通讯为载体，以上下位计算机为硬件核心，形成月球车实时图像处理硬件平台，以月面数据处理中心为处理核心，实现对车载系统的离线处理，降低了对车载系统的运算处理要求。附图说明23.图1为发明提供的高速行驶月球车实时图像处理系统硬件管控示意图；具体实施方式24.一种高速行驶月球车实时图像处理方法，用于高速运动的月球车数据处理，具体步骤如下：25.于月面指定区域建立月球数据处理中心；26.其中，月球数据处理中心建立于月球极区内的永久阴影区内，采用固定式进行建立，利用月球面得资源进行空间防护及辐射防护；27.月球数据处理中心采用商业级或工业级进行高速智能处理器，并采用高速cpu、gpu进行数据处理，月球数据处理中心接收地面数据处理中心发送的数据，进行更新，并根据地面数据处理中心发送的探测任务，根据探测任务所需负载情况，调度月球数据处理中心的计算能力；28.通过月球车，利用月球车搭载的车载相机、激光雷达、微波雷达获取实时图像信息；29.通过车载相机的车载高速通讯系统，将车载相机、激光雷达、微波雷达获取的图像数据，实时发送至月球数据处理中心；30.其中，车载相机的摄像头由图像捕获到发送至月球数据处理中心的处理、传输延迟小于指定时长t1，所述指定时长t1根据具体探测任务确定；31.月球数据处理中心根据收到的图像数据进行处理，生成实时地图、路径规划、以及控制指令；32.其中，图像数据进行处理过程中，时间延迟小于指定时长t2，所述指定时长t2根据具体探测任务确定；33.将所得实时地图、路径规划、以及控制指令发送至月球车，由月球车的车载计算机进行指令解译，驱动月球车运动。34.具体的，月球数据处理中心发出控制指令至车载计算机的完成执行的时间延迟小于指定时长t3，所述指定时长t3根据具体探测任务确定；35.根据指定时长t1、指定时长t2、指定时长t3确定系统延迟总时长，所述系统延迟总时长控制范围不大于200ms；36.月球车的车载高速通讯系统传输图像的最高帧频大于25hz，月球数据处理中心的指令更新频率大于25hz，并与图像的最高帧频匹配；37.月球车的车速最高为vmax，月球车由最高车速至零制动距离为lbrake，月球车运动过程规避凸起障碍或凹坑，计算待规避障碍的最大高度或深度max(h，h)，障碍识别距离lmax(h，h)前必须要识别出障碍，这样才有障碍规避或制动的有效距离和响应时间。lmax(h，h)计算方法为：38.lmax(h，h)＝lbrake+vmax*0.2；39.月球数据处理中心与月球车通讯采用视距内直接通讯，视距外中继通讯，所述中继通讯通过在轨中继卫星或月面布设的中继通讯站。40.下面根据具体实施例进行进一步说明：41.在当前实施例中，如图1所示，车载系统采用传统的宇航级处理器，获取图像、数据，并利用高带宽低时延通讯系统将数据发送给数据处理中心。42.数据处理中心完成数据处理后，将控制指令发送给月球车，计算处理系统相当于形成上下位机系统，利用无线通讯进行链接。车载计算机为下位机，负责前端获数据取和控制指令执行；数据处理中心为上位机，负责图像、数据处理，控制指令生成等工作。43.具体的，管控方法流程如下：44.在月面建立高性能数据处理中心，数据处理中心采用高性能商业级或工业级处理器，并针对空间辐射进行防护；45.为解决高性能数据处理中心工作时的发热问题，将数据处理中心建立在月面的永久阴影坑内；46.月球车在高速移动的时候，利用车载摄像头和车载激光、微波雷达获取地形数据；47.月球车利用车载数传系统通过中继星或月面中继站将车载设备获取的数据发送给数据处理中心；48.数据处理中心，利用自己强大的算力通过，完成月球车所处环境的实时三维地形重建、路径规划、控制策略生成；49.数据处理中心，通过中继星或月面中继站将控制指令发送给月球车；50.月球车接受到数据处理中心发送的指令，控制月球车运动；51.通过月球车获取数据，数据传输给数据处理中心，数据处理中心处理，形成指令，发送给月球车，月球车在月面行驶。此种硬件组织方式形成上下位机控制模式，月球车车载计算机为下位机，数据处理中心为上位机。将计算量大的运算由数据处理中心(上位机)完成，指令执行由月球车车载计算机(下位机)完成。52.如图1所示，说明如下：53.①②为月球车通过月面通讯中继站向数据处理中心的返向链路；月球车将图像数据通过月面通讯中继站发送给数据处理中心54.③④为数据处理中心通过月面通讯中继站向月球车的前向链路；数据处理中心处理的结果及指令通过月面通讯中继站发送给月球车55.⑤⑥为月球车通过中继卫星向数据处理中心的返向链路；月球车将图像数据通过中继卫星发送给数据处理中心56.⑦⑧为数据处理中心通过中继卫星向月球车的前向链路；数据处理中心处理的结果及指令通过中继卫星发送给月球车57.⑨为数据处理中心向地面测控站的下行通讯链路，将数据处理中心相关运行信息、数据发送给地面58.⑩为地面测控站向数据处理中心的上行通讯链路，将地面的相关控制指令、需要注入的数据发送给在月面的数据处理中心。59.系统处理时间示例：60.t1+t2+t3的典型值需要不大于200ms。61.月球车获取图像+发送给数据中心的时间t1＝40～50ms62.数据处理中心图像处理及生成指令的时间t2＝40～60ms63.月球车收到数据处理中心发送的指令并执行的时间t3＝40～80ms64.所有处理的时间t1+t2+t3＝120～190ms65.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。66.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。









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