[发明专利]一种多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统及方法

摘要

本发明提出了一种多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统及方法，包括实时闪电探测处理模块、背景图像数据处理模块、闪电信号与背景图像编码模块，能够实时处理500帧/秒，数据速率高达10.9Gbps原始图像数据完成闪电探测处理。通过8片高性能SRAM型FPGA和4片反熔丝FPGA协同并行图像处理技术，不仅能够有效地检测与识别出闪电信号，同时实现灵活抽取原始背景数据块，完成闪电信号数据与背景数据块组合编码功能。通过反熔丝FPGA抽取原始图像块下传到地面，利用SRAM型FPGA完成瞬态目标的识别与提取。提高了在轨目标识别效能，可满足多用途应用，抗辐照能力强，适合高轨卫星应用。

主权项

1.一种多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统，其特征在于：包括实时闪电探测处理模块、背景图像数据处理模块、闪电信号与背景图像编码模块；实时闪电探测处理模块接收背景图像数据处理模块转发的整帧原始图像数据，循环缓存相邻的多帧数据，根据闪电探测算法，多个FPGA协同并行处理当前帧和缓存的相邻多帧数据，实时检测与识别出当前帧的闪电信号，完成闪电信息编码并输出到闪电信号与背景图像编码模块；背景图像数据处理模块接收高速串行总线发送来的焦面原始图像数据，并转发给实时闪电探测处理模块，同时根据地面遥控指令从当前帧中抽取指定区域的原始图像数据块；闪电信号与背景图像编码模块接收实时闪电探测处理模块输出的闪电编码数据，同时接收背景图像数据处理模块输出的指定区域的原始图像数据块，重新组合编码后按照总线标准发送给外部数传设备；所述的实时闪电探测处理模块包括多FPGA并行处理单元、高速循环存储器缓存单元、闪电信号编码单元、数据通信控制单元；多FPGA并行处理单元接收数据通信控制单元转发的原始图像数据，每个FPGA处理一个分区的闪电图像数据；同时将该分区数据存储在高速循环存储器缓存单元；所述高速循环存储器缓存单元是一组随机存储器，使用F帧来进行闪电探测时候，若采用低速随机存储器时，由F个低速随机存储器芯片组成，每个存储器芯片保存一帧图像数据；若采用高速随机存储器时，采用位宽扩展方式，使用两组存储器在像元时间内完成乒乓缓存操作，具体为：使用两组DDR2，每组一个存储单位要缓存6帧的同一个像元位置的数据，扩展后位宽是72bits；每处理一个当前帧像元的数据就读出临近6帧同一像元位置的数据，然后将最临近的5帧像元数据与当前帧像元的数据拼成72bits数据写入另一组DDR2里；闪电信号编码单元完成多FPGA并行处理单元检测出有效闪电信号的信息编码；数据通信控制单元作为与背景图像数据处理模块的接口，接收背景图像数据处理模块转发的整帧原始图像数据，将该帧原始图像数据分发给多FPGA并行处理单元的每个FPGA，接收闪电信号编码单元输出的闪电编码数据转发给闪电信号与背景图像编码模块。