Автономная система видеоконтроля Российский патент 2020 года по МПК H04N5/225 H04N21/4223 H04N19/70 

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, а именно к средствам контроля параметров и характеристик космических аппаратов посредством телеметрических систем.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения выбрана бортовая система видеоконтроля Ижевского радиозавода - БСВК для космических аппаратов и ракет-носителей, общую информацию о которой можно получить по ссылке https://www.irz.ru/products/ll/500.html. Данная система видеоконтроля включает видеокамеры, обеспечивающие получение изображения в формате MJPEG, подключённые к формирователю цифрового потока. Анализ эксплуатации известной системы выявил следующие характеристики: информативность 3,14 Мбит/с, отсутствие помехозащищающего кодирования, количество камер до четырёх, разрешение 640x480 пикселей, алгоритм сжатия видеоинформации MJPEG, которые в своей совокупности не обеспечивают надлежащего качества видеоизображений с борта космического аппарата.

В свою очередь, предлагаемая автономная система видеоконтроля для космических аппаратов характеризуется применением нового арсенала технических средств: улучшение качества картинки видеоизображения, за счёт увеличения разрешения фоторегистрирующего прибора, кадровой частоты и унифицированного интерфейса обмена информацией, при отсутствии необходимости сильного увеличения информативности. Данные преимущества позволяют эффективно контролировать состояние (технологические процессы) на борту космических аппаратов, например, космического аппарата дистанционного зондирования Земли Кондор-ФКА-М.

Предложенная в изобретении автономная система видеоконтроля для космического аппарата, включает видеокамеры, обеспечивающие получение изображения в формате MJPEG, подключённые к формирователю цифрового потока, при этом упомянутые видеокамеры в количестве от четырёх до семи обеспечивают получение изображения, по меньшей мере, солнечных батарей и солнечных датчиков космического аппарата, в форматах MJPEG, Н.264, поддерживают протоколы Ethernet или Camera Link, подключены к упомянутому резервированному формирователю цифрового потока, обеспечивающему свёрточное кодирование и кодирование Рида-Соломона, причём формирователь цифрового потока связан через интерфейс Spacewire на основе LVDS с бортовой телеметрической системой космического аппарата.

Изобретение поясняется схемой автономной системы видеоконтроля для космического аппарата, встроенной в телеметрическую систему.

Автономная система видеоконтроля включает видеокамеры (1), обеспечивающие получение изображения в форматах MJPEG и Н.264, в количестве от четырех до семи, в зависимости от желаемого количества наблюдаемых объектов и диагностируемых аварийных или нештатных ситуаций. В качестве примеров аварийной ситуации можно привести несвоевременное или не соответствующее циклограмме раскрытие солнечных батарей, несвоевременное открытие/закрытие солнечных датчиков.

Форматы сжатия видеоинформации MJPEG и Н.264 выбраны в соответствии с рекомендациями Международного консультативного комитета по космическим системам передачи данных (CCSDS) и будут применены в зависимости от особенностей наблюдаемого процесса. В случае применения алгоритма MJPEG обеспечивается покадровый просмотр видеоинформации для оценки того или иного процесса, протекавшего на борту космического аппарата.

В случае применения алгоритма Н.264 обеспечивается динамическое видеонаблюдение за процессами наблюдаемого объекта на борту космического аппарата с улучшением качества видеоизображения при той же информативности, что и при использовании алгоритма MJPEG.

Выбор камер обусловлен широким спектром разрешений фоторегистрирующих приборов, возможностью преобразования видеосигнала в цифровой поток, вариантами субдискретизации, наличием нескольких алгоритмов сжатия видеоинформации, унифицированными интерфейсами обмена информацией. Видеокамеры могут быть расположены на ферме крепления солнечных батарей, возле солнечных датчиков, системы стабилизации и т.п., в зависимости от особенностей наблюдаемых технологических процессов.

Видеокамеры (1) подключены к формирователю цифрового потока (2) по сети Ethernet, как наиболее распространённому и простому в реализации формату передачи данных, при возможной замене на протокол Camera Link.

Формирователь цифрового потока (2) обеспечивает кодирование Рида- Соломона, свёрточное кодирование и упаковку цифровой информации в транспортный кадр. Кодирование обеспечивается программным способом с помощью ПЛИС. Форматы кодирования выбраны в соответствии с рекомендациями CCSDS. Формирователь цифрового потока связан (2) с бортовой телеметрической системой через интерфейс LVDS, в связи с рекомендациями Госкорпорации «Роскосмос» о предпочтительном применении при построении телеметрических систем для космических аппаратов интерфейса SpaceWire, основанном на LVDS.

При работе автономной системы видеоконтроля видеокамеры обеспечивают видеосъёмку объекта наблюдения, преобразование видеоизображения в электрический сигнал, преобразование видеосигнала в цифровой поток, сжатие потока видеоинформации, передачу видеопотока по Ethernet (Camera Link). Формирователь цифрового потока (2) обеспечивает приём видеопотока по Ethernet (Camera Link), временное хранение видеопотока, помехоустойчивое кодирование потока видеоинформации, сбор телеметрической информации о функциональном состоянии космического аппарата, формирование транспортного кадра, передачу транспортного кадра.

Для космического аппарата телеметрическая система обеспечивает обработку и анализ данных для последующей передачи. Все составные части системы видеоконтроля, в том числе и формирователь цифрового потока, резервируемы, за исключением видеокамер, т.к. видеокамеры резервировать нецелесообразно в виду дороговизны, больших габаритов и малого времени непрерывной работы.

При практическом применении предложенной автономной системы видеоконтроля на борту космического аппарата дистанционного зондирования Земли Кондор-ФКА-М, исходя из особенностей его конструкции и схемотехники, обеспечивается визуальный контроль технологических процессов, протекающих на космическом аппарате с помощью четырех видеокамер, каждая из которых позволяет выбрать применяемый алгоритм сжатия видеоинформации - Н.264 или MJPEG, с разрешением от до 720x576 пикселей и информативностью 1000 Мбит/с.

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, а именно к средствам измерения параметров и характеристик космических аппаратов и ракет-носителей посредством телеметрических систем. Техническим результатом является улучшение качества картинки видеоизображения за счёт увеличения разрешения фоторегистрирующего прибора, кадровой частоты и унифицированного интерфейса обмена информацией, при отсутствии необходимости сильного увеличения информативности. Данные преимущества позволяют эффективно контролировать состояние на борту космических аппаратов, например космического аппарата дистанционного зондирования Земли Кондор-ФКА-М. Предложена автономная система видеоконтроля, которая включает видеокамеры, обеспечивающие получение изображения в формате MJPEG, подключённые к формирователю цифрового потока. Видеокамеры в количестве от одной до семи обеспечивают получение изображения в форматах MJPEG, H.264 подключены по локальной сети, поддерживающей протоколы Ethernet или CameraLink к формирователю цифрового потока, обеспечивающему свёрточное кодирование и одновременно кодирование Рида-Соломона. Формирователь цифрового потока связан через интерфейс RS-485 c передающим устройством в случае применения автономной системы видеоконтроля для ракеты-носителя либо через интерфейс LVDS с бортовой телеметрической системой в случае применения автономной системы видеоконтроля для космического аппарата.

Автономная система видеоконтроля для космического аппарата, включающая видеокамеры, обеспечивающие получение изображения в формате MJPEG, подключённые к формирователю цифрового потока, отличающаяся тем, что упомянутые видеокамеры в количестве от четырёх до семи обеспечивают получение изображения, по меньшей мере, солнечных батарей и солнечных датчиков космического аппарата, в форматах MJPEG, Н.264, поддерживают протоколы Ethernet или Camera Link, подключены к упомянутому резервированному формирователю цифрового потока, обеспечивающему свёрточное кодирование и кодирование Рида-Соломона, причём формирователь цифрового потока связан через интерфейс SpaceWire на основе LVDS с бортовой телеметрической системой космического аппарата.