基于实时操作系统的多传感器融合系统资源调配实现方法技术方案

一种基于实时操作系统的多传感器融合系统资源调配实现方法，其特征在于建立在实时操作系统的基础上的系统组成结构中，每个传感器的采集和处理分别独立封装在单独的任务模块里，每个任务独立编程、并行运行，不同任务的轻重缓急由各自的优先级确定，任务之间的切换采用占先方式，针对传感器融合系统定义五类任务模块，分别是传感器采集任务，数据处理任务，信息融合任务，管理任务以及人机接口任务，传感器采集任务负责控制传感器采集，然后将采集到的数据传给数据处理任务，在数据处理任务中，原始数据经预处理操作并得到最终的信息，这些信息传递到信息融合任务，并在这个任务里通过融合算法得到融合，管理任务负责调度管理各传感器的采集参数以及传感器的信息处理参数，人机接口任务提供一个系统与操作人员信息交互的接口，各类任务之间采用全局变量、事件对象以及用户自定义信息三种方式进行通讯，其中全局变量方式被应用于传感器采集、数据处理以及信息融合这三个任务中，事件对象用于各任务与管理任务之间的信息交流，用户自定义消息用于各任务出现异常时，同管理任务通讯用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多传感器融合系统资源调配实现方法，能够为多传感器融合系统提供科学、系统以及鲁棒的资源调度管理功能，而与特定任务、特定操作系统无关。属于智能信息处理

技术介绍
随着智能系统需求的进一步扩大，传感器的使用越来越普及。同时，多传感器融合系统也得到了更多的应用。相对于单传感器系统，多传感器系统在信息的冗余性、完备性、及时性以及系统提供信息所花费的代价上都有着自己的优势。基于这些原因，多传感器融合系统被广泛的应用到军事、航天、卫星导航、机器人以及工业生产线上。多传感器融和系统虽然有着以上的优点，但它的引入也增加了应用系统的复杂性。如何合理的调配利用各个传感器资源越来越被人们所重视。传感器资源调配由软件系统完成，系统结构设计是否合理直接关系着硬件资源与系统任务是否能够有机的结合在一起。因此，系统结构设计成为了融合系统研究的重要任务之一，相应的，也提出了多种多传感器融合系统结构设计方法并得到了实际应用。1985年，Henderson和Shiicrat在他们的文章中提出了“逻辑传感器”的概念。在这个概念中，他们为多传感器融和系统建立了一种统一的框架，不同种类的物理传感器被抽象化，得到了“逻辑传感器”的概念。2001年，王军在他的文章中又提出了一种基于COM(Component Object Model，组件对象模型)组件的多传感器融合系统结构框架，在这种结构框架中，由于引入了COM组件的概念，使得整个系统在软件模块化、可重用性上取得了很大的进步。以上的系统结构设计方法主要关注软件本身的模块化以及可重用性上。然而，在实际应用中，系统的实时性以及是否能够十分方便地调配传感器资源同样十分重要。据查询，国内在多传感器融合系统资源调配方法上还没有专利。设计一种基于实时操作系统的多传感器融合系统资源调配方法，定会对多传感器融合系统的实际应用起到极大的推进作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为多传感器融合系统资源调配提供一个科学、系统、鲁棒的实现方法，满足多传感器融合系统软件模块化以及可重用的要求。并且，针对实际应用中最常见的动态多传感器融合系统，还应能够提供方便的传感器管理以及传感器失效处理能力，使多传感器融合系统更加方便的应用到实际应用中去。本专利技术的方法通过提供一种基于实时操作系统的系统组成结构得到实现。该结构建立在实时操作系统的基础上，在这种结构中，每个传感器的采集和处理分别独立封装在单独的任务(Task)模块里，对于每个任务模块独立编程。这些模块在实时操作系统的基础上并行运行。不同任务的轻重缓急由各自的优先级确定，优先级越高，任务越重要。任务之间的切换采用占先方式，能够最快的响应高的优先级任务。在本专利技术的方法中，将多传感器融合系统分为以下5类任务传感器采集任务(SST)，数据处理任务(SDPT)，信息融合任务(FT)，管理任务(MT)以及人机接口任务(MMT)。各个任务实现的功能如下在传感器采集任务中，实现对传感器采集的一系列操作，然后，将采集到的数据传给数据处理任务；在数据处理任务中，对传感器的原始数据进行滤波、去除飞点、特征提取等一系列操作，并得到最终的信息，然后将这些信息传递到信息融合任务；在信息融合任务里，通过融合算法进行融合处理，融合得到的结果针对不同的情况，进行不同处理，在检测系统中，这个结果用于显示输出；在控制系统中，这个结果传输到执行机构，用于形成控制量；在管理任务中，进行各传感器的采集参数以及传感器的信息处理参数调整管理；在人机接口任务中，提供系统与操作人员信息交互的接口，通过这个接口，操作人员可以观测数据以及对多传感器融合系统进行相应参数设置。在本专利技术方法中，管理任务模块负责管理调度传感器的运行。管理的方法是根据从人机接口任务模块传来的指令以及从当前融和结果判断出来的系统状态来动态的调整传感器采集频率以及传感器的停止或是重新运行。传感器采集频率的改变由改变相应传感器采集任务优先级完成，其停止或重新运行通过挂起相应任务或是恢复任务运行实现。在本专利技术方法中，各类任务之间采用三种方式进行通讯全局变量、事件对象以及用户自定义信息。其中，全局变量方式被应用于传感器采集、数据处理以及信息融合这三个任务中。其中，传感器原始数据以及处理后得到的信息为全局变量；事件对象用于各个任务与管理任务之间的信息交流，将各个任务的状态控制信息设置为事件对象；用户自定义消息用于任务出现异常时，同管理任务进行通讯。在本专利技术方法中，采用临界区、互斥以及信号量三种方式进行任务之间的同步。任务之间采用临界区和互斥两种方式来达到多传感器融合系统中有时要求任务串行执行。在实际控制系统中，当信息融合任务有了结果，才能控制执行机构进行相应的操作。在这两部分中，将融合结果设置成临界区或者互斥数据类型，并在信息融合任务中控制，可以保证执行机构所得到的数据为最新的融合结果。本专利技术为多传感器融合系统提供了一个高效的资源调配实现方法，扩展了多传感器融合系统的实际应用范围。软件模块化以及可重用的特点降低了多传感器融合系统软件编程、调试的工作量，同时，方便的传感器管理能力为多传感器融合系统的广泛应用提供了更多的机会。附图说明图1为应用了本专利技术方法的书法机器人结构简图。图2为任务运行说明图。图3为任务信息流程图。具体实施例方式下面结合附图以及实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术方法应用在一个书法机器人中，并取得了很好的效果。整个书法机器人的思路是模仿人的动作在纸上书写毛笔字。书法机器人由三大部分组成一台主控的PC机；多传感器融合系统；一个机械臂。主控PC机处理来自多传感器系统的数据，并进行融合计算，然后将结果与数据库中已有的标准值进行比较得到控制量，利用这个控制量控制机械臂。图1为书法机器人的结构简图，其主要揭示了多传感器融和系统以及毛笔的硬件安装情况。如图所示，融合系统由三种传感器组成图像传感器，触力传感器以及声纳。图像传感器位于执行机构斜上方，便于看清正在书写的汉字。毛笔被安装在触力传感器的探头上，触力传感器固定在机械臂的下端。声纳要同纸面垂直安装，这样才能保证测量的准确性。整个融合系统的工作原理如下所示图像传感器得到当前书写的汉字图像并且提取出当前正在书写的笔画宽度；触力传感器测量在写字期间毛笔受到的垂直于纸面向上的作用力，这个力正比与笔划的宽度，这样从触力传感器的输出也可以拟合出一个当前笔画的宽度；声纳传感器的输出为笔到纸的距离，这个距离越小笔画宽度越大，从这个距离值也可以得到一个笔画的宽度。从三种传感器的测量值得到对，应笔画宽度值的任务由PC机完成，然后，PC机将三种宽度融合得到A点处的一个更精确的宽度值，这个值同数据库中的真实值相比较形成控制量，控制机械臂的高度。本系统中，采用的实时操作系统为Windows2000，书法机器人的各个功能封装在不同的线程中，每个线程对应独立的任务模块，这些任务模块在Windows2000操作系统上并行运行。对应于本专利技术中的方法，为书法机器人的多传感器融合系统共设计了7个任务，表1中描述了任务的名称以及任务的功能。表1书法机器人融和系统任务说明 其中，前4个任务为传感器采集任务(SST)以及数据处理任务(SDPT)在书法机器人中的实例，后面3个任务分别为融合任务(FT)、管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张克军，苏剑波，席裕庚，曲波，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：