Устройство для сопряжения вычислительной системы с внешним объектом

 

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для работы в составе информационно-вычислительного оптического комплекса. Целью изобретения является расширение класса решаемых задач. Устройство содержит периферийный адаптер обмена, блок управления обменом, блок буферизации числа, блок распознавания образов, блок шифрации - дешифрации, оперативную память, память эталонов, группу блоков сжатия, группу блоков предварительного распознавания, группу блоков корреляции, блок анализа скорости, блок определения скорости, блоки связи с внешним объектом, блоки питания. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматики и предназначено для работы в составе информационно-вычислительного оптического комплекса.

Известна система управления передачей данных [1] предназначенная для работы в вычислительных комплексах, содержащая оперативную память, блоки управления памятью и каналами связи, функциональный блок, блок фиксации функциональной информации, блок фиксации ожидаемой информации с соответствующими взаимосвязями. Недостатком известного устройства является невозможность его применения в составе информационно-вычислительного оптического комплекса.

Наиболее близким к данному техническому решению является система ввода-вывода для микропрограммируемой ЭВМ [2] содержащая периферийный адаптер обмена, два блока связи с внешним объектом, блок управления обменом, оперативную память, блок буферизации числа, соединенный двусторонней связью с периферийным адптером обмена, вход-выход которого является входом-выходом устройства для подключения к вычислительной системе, выход периферийного адаптера обмена соединен со входом блока управления обменом, выхода блока являются системными выходами устройства.

Недостатком известной системы является отсутствие возможности проведения диагностики и применения ее в информационно-вычислительном оптическом комплексе.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее периферийный адаптер обмена, два блока связи с внешним объектом, блок управления обменом, оперативную память, блок буферизации числа, соединенный двухсторонней связью с периферийным адаптером обмена, вход-выход которого является входом-выходом устройства для подключения к вычислительной системе, выход периферийного адаптера обмена соединен с входом блока управления обменом, выходы блока буферизации числа являются системными выходами устройства, введены группы блоков корреляции, сжатия, предварительного распознавания, а также блок анализа скорости, блок определения скорости, память эталонов, блок распознавания образов, блок информации-дешифрации, причем входы первого и второго блоков связи с внешним объектом являются входами устройства для подключения к внешнему объекту, а их выходы соединены с входами соответствующих блоков корреляции группы, первые выходы которых соединены с входом блока анализа скорости, а вторые выходы с входами соответствующих блоков сжатия группы и блоков предварительного распознавания группы, выходы блоков сжатия группы соединены с входами блока буферизации числа, соединенного двусторонней связью через блок информации-дешифрации с блоком распознавания образов, входы которого соединены с выходами блоков предварительного распознавания группы а входы-выходы с оперативной памятью и памятью эталонов, выход блока анализа скорости соединен с входом блока определения скорости, соединенного двусторонними связями с первым и вторым блоками связи с внешним объектом, выходы блока управления обменом соединены с управляющими входами всех блоков устройства.

Целесообразно первый и второй блоки связи с внешним объектом выполнить в виде оптоэлектронных преобразователей.

Разумно оптоэлектронные преобразователи выполнить на матрицах фоточувствительных элементов с зарядовой связью.

В известных аналогах признаки отличающие изобретение от прототипа, не найдены, следовательно оно соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Устройство содержит периферийный адаптер обмена 1, блок 2 управления обменом, блок 3 буферизации числа, блок 4 распознавания образов, блок 5 шифрации-дешифрации, оперативная память 6, память 7 эталонов, блоки 8.1-8.10 сжатия группы, блоки 9.1-9.4 предварительного разпознавания группы, блоки 10.1-10.10 корреляции группы, блок 11 анализа скорости, блок 12 определения скорости, блок 13, 14 связи с внешним объектом, блоки питания 15-20. Все блоки предлагаемого устройства являются стандартными в области вычислительной техники и электроники.

Устройство работает следующим образом.

Оптический сигнал движущегося изображения, сформированный телескопом в фокальной плоскости, попадает на фоточувствительные элементы оптоэлектронных преобразователей блоков 13, 14, которые предназначены для разных целей: блок 13 для обзорной съемки, блок 14 для детальной. Фоточувствительные элементы представляют приборы с зарядовой связью (матрицы ПЗС), работающие в режиме временной задержки и накопления и осуществляющие перенос зарядов не только вдоль столбцов, но и с некоторым боковым сдвигом. Оптический сигнал в блоках 13, 14 преобразуется в аналоговый сигнал и затем цифровой код.

Цифровой код с блока 13 поступает на блоки корреляции (БК) 10.1-10.10, с блока 14 на БК 10.1-10.4. БК служат для ретрансляции информационного потока и вычисления исходных данных для автоматической коррекции строчной частоты и бокового сдвига для матриц ПЗС с помощью блока анализа скорости (БАС) 11 и блока определения скорости (БОС) 12. БОС, кроме того, позволяет вычислять строчную частоту и боковой сдвиг, используя датчики скорости и направления изображения в блоках 13, 14 и позволяет устанавливать строчную частоту и боковой сдвиг программным путем.

Из БК 10.1-10.10 информационный поток попадает на блоки сжатия (БС) 8.1-8.10, где происходит сокращение избыточности до уровня 1-2 бита на элемент изображения. Сжатый информационный поток поступает на блок 3 буферизации числа, где происходит выравнивание потока с помощью внутреннего буферного ОЗУ, т.е. привязка информации к задающей частоте от вычислительного комплекса, упаковка и выдача по выходам в вычислительный комплекс.

Кроме указанного выше режима сжатия, существует режим распознавания образов, при котором информационный поток от БК 10.1-10.4 проходит через блоки предварительного разпознавания (БПР) 9.1-9.4 в блок распознавания образов (БРО) 4, работающий в тесном контакте с памятью 6 и энергонезависимой памятью 7 эталонов. Память 6 служит для хранения результатов промежуточных и окончательных вычислений, а память 7 хранит эталонную информацию (ЭТИ) для распознавания (характеристики образов). Результатом вычислений является формализованная информация (ФИМ), передаваемая из БРО 4 через блок 5 (с целью закрытия), через блок 3 в вычислительный комплекс по тракту узкополосной цифровой информации (УЦИ).

Управление устройством осуществляет периферийный адаптер 1 обмена (ПАО) с помощью специального программного обеспечения (СПО). Исходные данные для развертывания режима адаптер 1 получает от бортовой вычислительной системы (БВС), в нее от адаптера уходит диагностическая информация о работоспособности изделия.

Питание блоков изделия осуществляется от стандартного источника "27 В". Часть блоков имеет встроенные источники вторичного электропитания (ИВЭП), часть источников питания выносные, оформленные конструктивно в виде отдельных самостоятельных блоков. Подача напряжения 27 В по магистралям питания по изделию осуществляется с помощью блока 2 управления обменом управляемым от ПАО. Включение и отключение источников питания (импульсными командами) производит также блок 2.

Для анализа работоспособности отдельных блоков и узлов изделия существует система сбора телеметрической информации (ТМИ). Большое количество ТМ-параметров (более 200) поступает на адаптер на 1 через блок 3 для проведения диагностики. Часть ТМ-параметров, кроме того, подается непосредственно в бортовую информационную телеметрическую сеть (БИТС). Туда же передается от ПАО программная ТМИ (ПрТМИ). Связь с БИТС имеют блоки 2 и 3.

Режимы работы устройства.

Устройство предназначено для работы в трех режимах: ВД-1, ВД-2 и ВД-3 с распознаванием образов. Каждый режим разворачивается с помощью СПО, содержащегося в адептере 1. Выход на нужный участок СПО обеспечивается после приема ряда массивов исходных данных из вычислительной системы по мультиплексному каналу обмена (МКО).

Каждый режим начинается с включения адаптера 1 по магистрали управления питанием (МУП), после чего адаптер 1 проводит самотестирование и результаты его передают по МКО в вычислительную систему по ее запросу. При положительном результате теста вычислительная система начинает разворачивать циклограмму работы устройства в том или ином режиме. Прежде всего происходит установка реального времени адаптера 1 по приему массива шкалы времени (МШВ) из вычислительной системы. Затем адаптер принимает массив корректирующей программы (МКП), массив принудительной конфигурации (МПК), массив исходных данных на режим (МИДР) и код состояния (КС).

МКП предназначен для замены отдельных фрагментов СПО при нештатных ситуациях, например при проведении экспериментальных работ, при неисправностях аппаратуры, неустраняемых использованием холодного резерва.

МПК предназначен для принудительного переключения блоков изделия на основные или резервные варианты. МИДР содержит исходные данные на предстоящий режим работы изделия. КС служит для отражения текущего (т.е. по состоянию на предыдущий режим) состояния аппаратуры в части работоспособности основных и резервных комплектов.

После приема вышеуказанных массивов адаптер 1 производит их анализ на корректность информации, включает аппаратуру с помощью блока 2, коммутирующего первичное бортовое питание с помощью схем защиты на несколько направлений и ретранслирующего сигналы управления на блоки. Эти сигналы производят включение ИВЭП. Отключение ИВЭП (по окончании режима работы изделия) производится снятием первичного питания.

После того, как проведено включение блоков изделия в нужной конфигурации, адаптер 1 проводит тестирование работоспособности блоков и убеждается в готовности устройства к выполнению функциональной задачи.

Затем следует выдача из вычислительной системы в адаптер 1 массива исходных данных на маршрут (МИДМ), который предназначен для задания длительности первого маршрута и строчной частоты для каждой зоны компенсации блоков 13 и 14. Причем, если длительность маршрута превышает 10с, то для каждого интервала времени в 10с в массиве задается своя строчная частота. С первым маршрутом начинается рабочий участок режима.

Рассмотрим работу устройства в режиме ВД-1. В этом режиме информационный поток начинается в блоке 13, имеющем 10 зон компенсации с матрицами ПЗС, работающими с временной задержкой и накоплением заряда. В блоке происходит преобразование оптического сигнала в электрический аналоговый сигнал и дальнейшее преобразование в 8-разрядный параллельный код для каждой матрицы ПЗС. Следует заметить, что строчная частота внутри каждой зоны одинакова для матриц, но от зоны к зоне меняется.

Матрицы ПЗС способны осуществлять перенос заряда не только вдоль столбцов, но и в поперечном направлении. Это позволяет предотвратить "смаз" изображения для относительно небольших углов наклона вектора скорости движения изображения к направлению столбцов.

Параметры, служащие для определения значения строчной частоты, и код бокового сдвига для каждой зоны формируются в блоке определения скорости (БОС) 12 по определенному алгоритму на основании информации, полученной от датчиков скорости изображения и направления движения изображения. Эти датчики располагаются на краях фотозоны блока 13. БОС 12 предназначен не только для самостоятельного вычисления строчной частоты и бокового сдвига, он может использовать результаты вычисления от блока 11. Кроме того, предусмотрена принудительная (от БВС) установка строчной частоты и сдвига.

Съемка является основным рабочим режимом блока 13. Но, кроме того, существует режим "миры электронной" для проведения контроля информационного тракта изделия и режим контроля состояния линии визирования для проведения контроля оптического тракта. В последнем режиме происходит двойной пробег оптического сигнала: отметок визирования, расположенных вблизи фотозоны блока 13 до зеркала оптической системы телескопа и обратно, до фотозоны. Метки визирования загораются при включении блока питания 15.

Блоки 13, 16.1-16.10 (предназначенные для питания 10 зон блока 13; 15, БОС, 12, а также 14, 17.1-17.4, 18, рассматриваемые ниже, составляют блок 21 приема и преобразования информации устройства.

С блока 21 информационный поток поступает на блоки корреляции БК 10.1-10.10, служащие, во первых, для ретрансляции этого потока, во-вторых, для обработки той части информации, которая соответствует участкам перекрытия матриц с целью нахождения максимума функции корреляции и характерных размеров эллипса ошибки. Результаты расчетов из БК 10 передаются в блок 11, который на основании их вычисляет и передает в блок 12 оптимальные значения строчной частоты и кода бокового сдвига для каждой зоны компенсации. Заметим, что для эффективной реализации алгоритма оптимизации скорости переноса зарядов из строки в строку не обязательно иметь все 10 работающих БК, достаточно и половины от этого количества.

Кроме вышеперечисленного, БК 10 может вместо ретрансляции входной информации транслировать тестовую информацию для контроля работоспособности тракта цифровой обработки изображений.

Далее информационный поток поступает на блоки сжатия (БС) 8.1-8.10, где подвергается сжатию по методу косинус-преобразования с целью сокращения избыточности. Каждый БС 8 служит для обработки информации с 8 матриц.

Строки сжатой информации поступают на блок 3, где накапливаются в буферных ОЗУ. Необходимость этих ОЗУ вызвана тем обстоятельством, что с выхода блока информации должна выходить в синхросетке задающей частоты вычислительного комплекса, являющейся асинхронной по отношению к тактовым частотам входной информации. Количество буферных ОЗУ равно количеству матриц ПЗС. Блок 3 осуществляет упаковку сжатой информации с целью ее выдачи на выход устройства по 8 линиям связи в каждом выходе.

Выходная информация имеет строчную структуру. Каждая строка начинается с синхровставки, имеющей в своем составе маркер, который служит для синхронизации при приеме, и служебную часть синхровставки, в которой передаются либо сведения о режиме работы изделия, номер зоны компенсации, номер матрицы и т. д. либо ретранслируется служебная специнформация (ССПИ) от других устройств, входящих в состав комплекса.

Рассмотрим работу устройства в режиме ВД-2. В этом режиме прием, преобразование и обработка информации происходят точно по тем же правилам, что и в режиме ВД-1 с той лишь разницей, что вместо блока 13 включается блок 14 со своими источниками питания 17.1-17.4 и 18. Вместо всех 10 блоков БК 10 и 8 включаются только первые четыре, которых достаточно для работы с 4 зонами компенсации блока 14.

Рассмотрим работу устройства в режиме ВД-2 с разпознаванием образов. Еще до начала съемки с распознаванием на блок 3 по каналу УЦИ поступает эталонная информация в зашифрованном виде. Из блока 3 она поступает на блок 5, там расшифровывается и попадает в энергонезависимую память 7, где может храниться неограниченно долго до востребования ее для работы с распознаванием образов. Во время хранения эталона энергопотребление блоков отсутствует. Как следует из названия режима, в блоке 21 включается блок 14 и информация с 4 зон компенсации поступает на блоки 9.1-9.4, затем на блок 4.

Существует подрежим, при котором осуществляется привязка кадра изображения к заранее заданным реперным точкам, выбор нужного фрагмента кадра по наперед заданным координатам и передача его без сжатия информации по каналу широкополосной цифровой информации (ШЦИ) в комплекс (по этому же каналу передавалась ранее и сжатая информация).

В другом подрежиме образ, заданный ЭТИ, имеется не вполне определенном месте с известными координатами с целью убедиться в его наличии или отсутствии.

В третьем подрежиме заданный с помощью ЭТИ ряд образов отыскивается на всем поле кадра изображения и потребителю передается информация о типе, количестве и координатах обнаруженных образов.

Информация, полученная в результате работы устройства во втором и третьем подрежимах, называется формализованной (ФИ) и передается из блока 4 в блок 5 для ее зашифровки, затем в блок 3 и далее на выход на каналу ШЦИ.

По окончании рабочего участка режима (любого) адаптер 1 с помощью СПО приводит функциональную часть аппаратуры в исходное состояние, формирует информацию оперативного контроля (ИОК) и по запросам от БВС передает ИОК и КС. Далее адаптер 1 формирует телеметрическую информацию и сообщает БВС о ее готовности. После получения запроса о начале выдачи телеметрической информации происходит ее выдача от адаптера 1 через блок 3 на выход. Затем происходит отключение блоков 3, 2 и с помощью БВС самого ПАО адаптера 1. На этом режим работы изделия считается завершенным.

Таким образом изобретение позволяет решать более широкий класс задач чем известные аналоги и следовательно имеет более широкую область применения.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С ВНЕШНИМ ОБЪЕКТОМ, содержащее периферийный адаптер обмена, два блока связи с внешним объектом, блок управления обменом, оперативную память, блок буферизации числа, соединенный двусторонней связью с периферийным адаптером обмена, вход-выход которого является входом-выходом устройства для подключения к вычислительной системе, выход периферийного адаптера обмена соединен с входом блока управления обменом, выходы блока буферизации числа являются системными выходами устройства, отличающееся тем, что в него введены группа блоков корреляции, группа блоков сжатия, группа блоков предварительного распознавания, блок анализа скорости, блок определения скорости, память эталонов, блок распознавания образов, блок шифрации-дешифрации, причем входы первого и второго блоков связи с внешним объектом являются входами устройства для подключения к внешнему объекту, а их выходы соединены с входами соответствующих блоков корреляции группы, первые выходы которых соединены с входом блока анализа скорости, а вторые выходы с входами соответствующих блоков сжатия группы и блоков предварительного распознавания группы, выходы блоков сжатия группы соединены с входами блока буферизации числа, соединенного двусторонней связью через блок шифрации-дешифрации с блоком распознавания образцов, входы которого соединены с выходами блоков предварительного распознавания группы, а входы-выходы с оперативной памятью и памятью эталонов, выход блока анализа скорости соединен с входом блока определения скорости, соединенного двусторонними связями с первым и вторым блоками связи с внешним объектом, выходы блока управления обменом соединены с управляющими входами всех блоков устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй блоки связи с внешним объектом выполнены в виде оптоэлектронных преобразователей.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оптоэлектронные преобразователи выполнены на матрицах фоточувствительных элементов с зарядовой связью.

РИСУНКИ

Рисунок 1