ROSIS-System Datenformate Beschreibung, Revision 2.1, 1. August März 2003

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1 ROSIS-System Datenformate Beschreibung, Revision 2.1, 1. August März März

2 Inhalt Überblick 3 DSU-Ausgangsdaten Datei-Aufbau 4 Beispiel 5 Definitions-Header 6 Parameter-Header 7 Parameter-Kodierungen 9 DSU GPS/ARINC 10 DSU Spiegelsteuerung 11 DSU Spektrometerelektronik 12 DLR: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. ROSIS: Reflective Optics Systems Imaging Spectrometer DSU: Data Storage Unit GPS: Global Positioning System ARINC: Aeronautical Radio Incorporated ARINC is a registered trademark of ARINC Incorporated März 2003

3 Überblick Abb. 1 Komponenten des ROSIS-Systems Im ROSIS-System laufen etliche Datenströme zwischen den verschiedenen Geräten hin und her. Im folgenden werden genauer erläutert: 1. DSU-Ausgangsdaten 2. DSU-GPS/ARINC 3. DSU-Spiegelsteuerung 4. DSU-Spektrometerelektronik. Folgende Verbindungen werden in der Dokumentation zum GPS/ARINC-Interface beschrieben: GPS/ARINC IGIsys GPS/ARINC Ext. GPS GPS/ARINC ARINC. Die Verbindung DSU-IGIsys wird in der Dokumentation zur DSU beschrieben. 19. März

4 DSU-Ausgangsdaten Datei-Aufbau Die Ausgangsdateien beinhalten: den Definitionsblock, hier stehen Informationen über das Bildformat, die Parameterblöcke, hier sind alle Betriebsparameter vermerkt, zeitlich zugeordnet den jeweils nachfolgenden Daten, Datenblöcke, hier stehen die Bilddaten, 16 Bit binär kodiert in der Reihenfolge Low-High. Pro Datei gibt es einen Definitionsblock und nachfolgend pro Rahmen einen Parameter- und einen Datenblock. Aufbau der Ausgangsdatei: Rahmen Block Größe (Bytes) - Definitionsblock Parameterblock Datenblock 1 2 Parameterblock Datenblock N-1 Parameterblock N Datenblock N-1 N Parameterblock N 512 Datenblock N Gesamtgröße: 512+N*(512+) Die Ausgangsdateien werden zusammengestellt aus den beiden zugehörigen Dateien auf den internen DSU-Festplatten. Diese umfassen jeweils die Hälfte der Daten (jeden zweiten Rahmen), zur Geschwindigkeitsoptimierung sind hier zwischen die einzelnen Rahmenblöcke Füllblöcke bis zur nächsten 8K-Grenze eingefügt. Aufbau der internen DSU-Dateien: Rahmen Block Größe (Bytes) - Definitionsblock (2) Parameterblock 1 (2) 512 Datenblock 1 (2) Füllblock X (bis zur nächsten 8K-Grenze) 3 (4) Parameterblock 3 (4) 512 Datenblock 3 (4) Füllblock X (bis zur nächsten 8K-Grenze) N-3 (N-2) Parameterblock N-3 (N-2) 512 Datenblock N-3 (N-2) Füllblock X (bis zur nächsten 8K-Grenze) N-1 (N) Parameterblock N-1 (N) 512 Datenblock N-1 (N) Füllblock X (bis zur nächsten 8K-Grenze) Gesamtgröße: 512+(N*(512+X+))/ März 2003

5 Beispiel Beispiel des Anfangs einer DSU-Datei, in Hexadezimal-Darstellung: h: A C F6 68 ; Breite: 512, Höh --- Definitionsblock h: 65 3A C 20 5A A ; e: 512, Zeit: h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; a0h: ; b0h: ; c0h: ; d0h: ; e0h: ; f0h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; a0h: ; b0h: ; c0h: ; d0h: ; e0h: ; f0h: ; h: FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 FF FF ; Anfang Parameterblock h: FF 00 FF 00 FF 00 FF FF ; h: 00 FF FF 00 FF FF ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; a0h: E ; b0h: ; c0h: ; d0h: ; e0h: ; f0h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: D3 FF FF ; h: E0 F ; h: 00 4D EC 3F FE EF 3F 84 E4 FF FF ; h: 3F FF 5F C0 84 E4 FF FF BF FE 5F C0 84 E4 FF FF ; a0h: 3F FE 5F C0 68 F7 FF FF 7F FF AF C0 68 F7 FF FF ; b0h: 7F FF AF C A4 40 FB FD FF 5F ; c0h: 7F E4 F6 FF 7F 1C 7A DB ; d0h: AB 0E ; e0h: ; f0h: ; Ende Parameterblock h: 06 7E 07 7E 08 7E 09 7E 0A 7E 0B 7E 0C 7E 0D 7E ; Anfang Datenblock f0h: 06 7E 07 7E 08 7E 09 7E 0A 7E 0B 7E 0C 7E 0D 7E ; Ende Datenblock h: FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 FF FF ; Anfang Parameterblock f0h: ; Ende Parameterblock h: 06 7E 07 7E 08 7E 09 7E 0A 7E 0B 7E 0C 7E 0D 7E ; Anfang Datenblock usw. 19. März

6 Definitions-Header Der Definitions-Header steht nur einmal am Anfang einer DSU-Datei und besteht aus 512 Bytes. Er informiert über die Anzahl der ausgelesenen Pixel in der Zeile bezogen auf den CCD-Sensor (Breite, im Beispiel 512), die Anzahl der ausgelesenen Zeilen bezogen auf den CCD-Sensor (Höhe, im Beispiel 512), sowie die Zykluszeit des gewählten Timings (Zeit, im Beispiel ns). Der Rest ist mit Nullen aufgefüllt h: A C F6 68 ; Breite: 512, Höh h: 65 3A C 20 5A A ; e: 512, Zeit: h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; a0h: ; b0h: ; c0h: ; d0h: ; e0h: ; f0h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; a0h: ; b0h: ; c0h: ; d0h: ; e0h: ; f0h: ; März 2003

7 Parameter-Header Der Parameter-Header besteht aus 512 Bytes und steht vor jedem Rahmen-Datenblock. Im folgenden sind die Positionen und Bedeutungen der einzelnen Parameter aufgeführt, jeweils gefolgt von dem entsprechenden Ausschnitt aus dem Beispiel-Header von Seite 5. Wort- Adr. dez Wort- Adr. hex 00 Byte- Adr. Hex 00 High-Byte (1.) Low-Byte (2.) Format Synchronisierungs-Sequenz -4E -9F h: FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 FF FF h: FF 00 FF 00 FF 00 FF FF h: 00 FF FF 00 FF FF h: h: h: h: h: h: h: A0 Temperatur am A/D-Wandler A2 Temperatur am Spiegel A4 Temperatur am CCD-Sensor A6 -AF a0h: E frei a0h: E Format-Nummer (#) spezielle Datenfolge 9 Bit binär (HiLo) B0 BCD, 4stellig (HiLo) Systemzeit / Jahr # B2 Systemzeit / Monat Systemzeit / Tag BCD, 2stellig # A B4 Systemzeit / Stunde Systemzeit / Minute BCD, 2stellig # B B6 Systemzeit / Sekunde Systemzeit / Hundertstel BCD, 2stellig # b0h: C -5D 5E -5F B8 -BB BC -BF IGIsys-Zeit (Wochensekunden) b0h: Rahmennummer b0h: Bit binär (LoHi) 32 Bit binär (HiLo) C0 GPS-Zeit / Jahr BCD, 4stellig (HiLo) # C2 GPS-Zeit / Monat GPS-Zeit / Tag BCD, 2stellig # C4 GPS-Zeit / Stunde GPS-Zeit / Minute BCD, 2stellig # C6 GPS-Zeit / Sekunde - frei - BCD, 2stellig # c0h: C7 GPS-Zeit / Sekunde - frei c0h: B 108 6C F C8 -CF D0 -D7 D8 -DF GPS-Height GPS-Longitude GPS-Latitude c0h: d0h: E0 - frei B e0h: f0h: h: h: h: h: h: h: h: D3 FF FF B2 164 Spiegelstellung (Encoderwert) 32 Bit binär (LoHi) #1 #3 #4 19. März

8 Wort- Adr. dez. Wort- Adr. hex Byte- Adr. Hex B3-167 High-Byte (1.) Low-Byte (2.) Format h: D3 FF FF Format-Nummer (#) #6 180 B4 168 Timingnummer BCD, 4stellig (HiLo) # h: D3 FF FF B5 16A Flugnummer BCD, 4stellig (HiLo) # h: D3 FF FF B6 16C Rahmenintervall (in Zehntel Hz) BCD, 4stellig (HiLo) # h: D3 FF FF B7 16E BCD, 8stellig (HiLo) Spiegelstellung (Absolutwert) B8-171 # h: D3 FF FF h: E0 F B9 172 Gewähltes Filter BCD, 4stellig (HiLo) # h: E0 F BA -BD B 190 BE 17C C C C5-18B 198 C6 18C C CA CD -19B 206 CE 19C D1-1A3 210 D2 1A D5-1AB 214 D6 1AC D9-1B3 218 DA 1B DD -1BB 222 DE 1BC E1-1C3 226 E2 1C E5-1CB 230 E6 1CC E9-1D3 234 EA 1D ED -1DB EE -FF 1DC -1FF Drift Angle L321 Pitch Angle L324 Roll Angle L325 Body Pitch Rate L326 Body Roll Rate L327 Body Yaw Rate L330 N-S Velocity L366 E-W Velocity L367 Altitude Baro Cor. L204 Pos. Latitude L310 Pos. Longitude L311 True Heading L314 Static Air Temp. L h: E0 F h: 00 4D EC 3F FE EF 3F 84 E4 FF FF h: 3F FF 5F C0 84 E4 FF FF BF FE 5F C0 84 E4 FF FF a0h: 3F FE 5F C0 68 F7 FF FF 7F FF AF C0 68 F7 FF FF b0h: 7F FF AF C A4 40 FB FD FF 5F c0h: 7F E4 F6 FF 7F 1C 7A DB d0h: AB 0E frei d0h: AB 0E e0h: f0h: März 2003

9 Parameter-Kodierungen Nummer Erläuterung #1 Temperaturen Die Kodierung entspricht der des eingesetzten Temperatur-ICs (DS1820 von Dallas Semiconductor). Dieses verfügt über einen Messbereich von C bei einer Auflösung von 0,5 C. Die Werte sind in die unteren 9 Bits einkodiert (HiLo), die restlichen oberen 7 Bits entsprechen immer dem 9. Bit. Einige Beispiele: Temperatur Wert binär Wert hexadezimal +125,0 C FA + 25,0 C ,5 C ,0 C ,5 C FFFF - 25,0 C FFCE - 55,0 C FF92 #2 Systemzeit, GPS-Zeit Die Kodierung ist gepacktes BCD, die Bereiche sind beim Jahr, beim Monat, beim Tag, bei der Stunde, bei Minute und Sekunde, bei den Hundertstelsekunden. #3 IGIsys-Zeit Die Kodierung ist binär mit 32 Bit, Low-Byte zuerst. Dieser Wert gibt die Sekunden in der laufenden Woche an. #4 Rahmennummer Die Kodierung ist binär mit 32 Bit, High-Byte zuerst. Dieser Wert gibt die laufende Nummer des aufgenommenen Rahmens an. GPS-Height, -Longitude, -Latitude, ARINC-Daten Dieses sind Double-Precision-Floating-Werte, kodiert in folgendem Format: - das erste Bit gibt das Vorzeichen an (1 = negativ), - die nächsten 11 Bits geben den Exponenten zur Basis 2 an, mit einem Offset von 1023 (0x3FF), gültig im Bereich von 1022 bis +1023, die Werte und sind reserviert, - die restlichen 52 Bits geben die (binären) Nachkommastellen der Mantisse an, mit implizit vorangestellter Nachkommastelle = 1/2 1 = 0,5 2. Nachkommastelle = 1/2 2 = 0,25 3. Nachkommastelle = 1/2 3 = 0,125 usw. Einige Beispiele: Kodierung Umsetzung Zahl * 2 (0-1023) *1.0 2 (reserviert) * 2 (0-1023) *1.0 2 (reserviert) - 0 7F F * 2 ( ) *1.0 2 (reserviert) + FF F * 2 ( ) *1.0 2 (reserviert) * 2 ( ) * C * 2 ( ) * A * 2 ( ) * ,5 C0 1A * 2 ( ) * , * 2 ( ) * C * 2 ( ) * F * 2 ( ) * C0 8F * 2 ( ) * #6 Spiegelstellung (Encoderwert) Die Kodierung ist binär mit 32 Bit, Low-Byte zuerst. Dieser Wert gibt den vom Encoder zurückgelieferten Wert wieder (meistens negativ). #7 Timingnummer, Flugnummer, gewähltes Filter Die Kodierung ist gepacktes BCD vierstellig. Diese Werte werden direkt von den Eingabefeldern im DSU- Programm übernommen. #8 Rahmenintervall Die Kodierung ist gepacktes BCD vierstellig. Dieser Wert gibt den im entsprechenden Eingabefeld im DSU-Programm eingegebenen Wert wieder (um eine Stelle nach links verschoben, wodurch sich die Einheit Zehntel Hz ergibt dies wird momentan bei der Einstellung noch nicht unterstützt). #9 Spiegelstellung (Absolutwert) Die Kodierung ist binär mit 32 Bit, High-Byte zuerst. Dieser Wert gibt den im entsprechenden Eingabefeld im DSU-Programm eingegebenen Wert wieder. 19. März

10 DSU. GPS/ARINC Die ROSIS-DSU und das ROSIS-GPS/ARINC-Interface sind über eine serielle Schnittstelle verbunden, diese wird mit Baud ( 8 Datenbits, No Parity, 1 Stoppbit ) betrieben. Auf dieser Schnittstelle findet nur bei Bedarf Kommunikation statt, und zwar dann, wenn das DSU- Programm Daten vom GPS/ARINC-Interface benötigt. Zwei Datenblöcke stehen zur Verfügung, der GPS/ARINC-Datenblock und der IGIsys-Datenblock. GPS/ARINC-Datenblock Anforderung Antwort 6E ; n h: 7B 7B ; {{ h: ; h: ; h: ; h: ; h: ; 00AAAAAAAABBBBBB h: D 5B ; BBCCCCCCCC}[DDEE h: A 4A 4B 4B 4B 4B 4B 4B ; FFGGHHIIJJKKKKKK h: 4B 4B 4C 4C 4C 4C 4C 4C 4C 4C 4D 4D 4D 4D 4D 4D ; KKLLLLLLLLMMMMMM h: 4D 4D 5D 7D ; MM]} Die oben aufgeführten Ziffern und Buchstaben stehen jeweils für einen Parameter: Parameter Bedeutung ARINC Label 321: Drift Angle, Format () ARINC Label 324: Pitch Angle, Format () ARINC Label 325: Roll Angle, Format () ARINC Label 326: Body Pitch Rate, Format () ARINC Label 327: Body Roll Rate, Format () ARINC Label 330: Body Yaw Rate, Format () ARINC Label 366: N-S Velocity, Format () ARINC Label 367: E-W Velocity, Format () ARINC Label 204: Altitude Baro Cor., Format () ARINC Label 310: Position Latitude, Format () AAAAAAAA ARINC Label 311: Position Longitude, Format () BBBBBBBB ARINC Label 314: True Heading, Format () CCCCCCCC ARINC Label 213: Static Air Temp., Format () DD GPS-Zeit: Tag, Format BCD gepackt (#2) EE GPS-Zeit: Monat, Format BCD gepackt (#2) FF GPS-Zeit: Jahr (High), Format BCD gepackt (#2) GG GPS-Zeit: Jahr (Low), Format BCD gepackt (#2) HH GPS-Zeit: Stunde, Format BCD gepackt (#2) II GPS-Zeit: Minute, Format BCD gepackt (#2) JJ GPS-Zeit: Sekunde, Format BCD gepackt (#2) KKKKKKKK GPS-Height, Format () LLLLLLLL GPS-Longitude, Format () MMMMMMMM GPS-Latitude, Format () IGIsys-Datenblock Anforderung Antwort 69 ; i 7B D ; {( )} Die oben aufgeführten Ziffern stehen für einen Parameter: Parameter Bedeutung IGIsys-Wochensekunden, Format () März 2003

11 DSU. Spiegelsteuerung Die ROSIS-DSU und die Spiegelsteuerung sind über eine serielle Schnittstelle verbunden, diese wird mit 1200 Baud ( 7 Datenbits, Even Parity, 1 Stoppbit ) betrieben. Die Spiegelsteuerung wird beim Start des DSU-Programms komplett initialisiert. Initialisierungssequenz Befehl D 0A ;.1P01S D 0A ;.1P02S D 0A ;.1P03S D 0A ;.1P04S D 0A ;.1P05S D 0A ;.1P06S D 0A ;.1P07S D 0A ;.1P08S D 0A ;.1P09S D 0A ;.1P10S D 0A ;.1P11S D 0A ;.1P12S D 0A ;.1P13S D 0A ;.1P14S D 0A ;.1P15S D 0A ;.1P16S D 0A ;.1P17S D 0A ;.1P18S D 0A ;.1P19S D 0A ;.1P20S D 0A ;.1X0I H 1P21R D 0A ;.1P21S0... Antwort Bei der Einstellung auf eine Spiegelstellung läuft folgende Sequenz ab: Befehl Antwort D 0A D 0A ;.1P01R... ; Dieser Befehl wird sooft wiederholt, bis die Spiegelsteuerung antwortet. Dies dient nur der Synchronisierung, der zurückgegebene Wert wird nicht verwertet D 0A D D 0A ;.1P21R... ; Dieser Befehl liest die aktuelle Encoderposition aus ( hier: -53 ) B D 0A D D 0A ;.1A+400 H 1P21R... ; Dieser Befehl übergibt die neue Absolutposition ( hier: 400 ), wartet auf die Ausführung und liest die aktuelle Encoderposition aus ( hier: ) 19. März

12 DSU. Spektrometerelektronik Die ROSIS-DSU und die Spektrometerelektronik sind über eine serielle Schnittstelle verbunden, diese wird mit 9600 Baud ( 8 Datenbits, No Parity, 1 Stoppbit ) betrieben. Über diese Schnittstelle werden: bei Bedarf die Timingeinheit programmiert und gesteuert, sowie laufend die Temperaturen von CCD-Sensor, Spiegel und ADC-Wandler übermittelt. Temperaturübermittlung 7B 7B E D 7D ; {{...}} Die drei Temperaturen werden im Format #1 übertragen ( Wert 9 Bit binär in 2 Bytes/HiLo ) März 2003