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# 流星监控系统 - 产品需求文档 (PRD)

## 1. 产品概述

### 1.1 产品愿景
构建一个基于树莓派的智能流星监测系统，为天文爱好者、科研机构和天文台提供专业级的流星观测和数据收集解决方案。

### 1.2 产品定位
- **目标市场**: 天文爱好者、天文台、科研院所、流星观测网络
- **产品类别**: 嵌入式天文观测设备
- **技术定位**: 实时计算机视觉 + 精密天文定位

### 1.3 核心价值主张
- **24/7全天候监控**: 无人值守的连续流星监测
- **专业级精度**: GPS授时 + 星图解算提供精确时空定位
- **智能检测**: 基于机器视觉的自动流星识别与分类
- **网络化协作**: 支持多点联网观测和数据共享

## 2. 产品功能需求

### 2.1 核心功能模块

#### 2.1.1 视频采集系统
**功能描述**: 提供高质量的天空视频采集能力
- **实时视频流**: 支持星光级摄像头，30fps高帧率采集
- **自适应参数**: 根据光照条件自动调整曝光、增益等参数
- **多输入模式**: 
  - 实时摄像头采集 (生产环境)
  - 视频文件输入 (测试/回放模式)
- **质量控制**: 
  - 分辨率支持: 720p/1080p/4K
  - 帧率可配置: 15-60fps
  - 视频编码: H.264压缩存储

**验收标准**:
- 连续运行24小时无丢帧
- 在不同光照条件下自动参数调整时间 < 2秒
- 视频质量满足流星检测算法精度要求

#### 2.1.2 智能检测引擎
**功能描述**: 基于计算机视觉的实时流星检测
- **多算法支持**: 
  - 亮度变化检测 (快速检测)
  - 背景差分算法 (精确检测)
  - CAMS标准检测 (兼容性)
  - 帧叠加降噪 (增强检测)
- **实时处理**: 检测延迟 < 100ms
- **智能过滤**: 
  - 飞机航迹过滤
  - 云层干扰排除
  - 虫子等近距离物体排除
- **可配置参数**:
  - 检测灵敏度: 0.1-1.0
  - 最小轨迹长度: 像素数
  - 持续时间阈值: 0.1-5秒

**验收标准**:
- 检测准确率 > 90%
- 误报率 < 5%
- 检测延迟 < 100ms
- 支持并行多算法检测

#### 2.1.3 精准定位系统
**功能描述**: 提供精确的时间和空间定位
- **GPS时间同步**: 
  - 纳秒级时间精度 (PPS信号)
  - NMEA协议支持
  - 自动时区处理
- **地理位置定位**:
  - 经纬度坐标 (精度 < 3米)
  - 海拔高度信息
  - 磁偏角补偿
- **星图解算**:
  - astrometry.net集成
  - 实时天区识别
  - 星等标定

**验收标准**:
- GPS定位精度 < 3米
- 时间同步精度 < 1微秒
- 星图解算成功率 > 80%
- 解算时间 < 30秒

#### 2.1.4 数据管理系统
**功能描述**: 流星事件的完整数据管理
- **事件存储**:
  - 视频片段 (事件前后10秒)
  - 原始帧序列 (JPEG格式)
  - 元数据 (JSON格式)
- **存储策略**:
  - 环形缓存 (最近N小时数据)
  - 自动清理 (基于存储空间和时间)
  - 压缩存储 (节省磁盘空间)
- **数据格式**:
  - 视频: MP4 (H.264编码)
  - 图像: JPEG (可配置质量)
  - 元数据: JSON (包含GPS、传感器、检测参数)

**验收标准**:
- 存储空间利用率 > 85%
- 数据检索时间 < 1秒
- 支持最大存储容量 1TB+
- 零数据丢失 (关键事件)

#### 2.1.5 远程监控系统
**功能描述**: 支持远程监控和控制
- **实时流传输**:
  - RTSP协议支持
  - 多客户端并发访问
  - 可配置码率和分辨率
- **远程控制接口**:
  - HTTP REST API
  - MQTT协议支持
  - 实时状态推送
- **Web管理界面**:
  - 系统状态监控
  - 参数配置管理
  - 历史数据查看
  - 事件统计分析

**验收标准**:
- RTSP流延迟 < 500ms
- API响应时间 < 100ms
- 支持至少5个并发客户端
- Web界面兼容主流浏览器

### 2.2 增强功能模块

#### 2.2.1 环境监测系统
**功能描述**: 监测观测环境条件
- **气象传感器**:
  - 温度/湿度 (DHT22)
  - 光照强度 (基于摄像头或光敏传感器)
- **系统监控**:
  - CPU/内存使用率
  - 存储空间状态
  - 网络连接状态
  - 设备温度监控

#### 2.2.2 视频增强系统
**功能描述**: 提供视频输出的增强功能
- **水印叠加**:
  - 时间戳 (可配置格式)
  - GPS坐标显示
  - 环境数据 (温度、湿度)
  - 设备方向信息
- **星图叠加**:
  - 实时星图显示
  - 星座线条绘制
  - 主要天体标注
  - 天区网格显示

#### 2.2.3 网络协作系统
**功能描述**: 支持多设备协作观测
- **数据同步**:
  - 事件数据上传云端
  - 多站点观测数据关联
  - 轨道计算协作
- **标准协议支持**:
  - CAMS FTP格式兼容
  - IMO (国际流星组织) 数据格式
  - 自定义API接口

## 3. 技术需求

### 3.1 硬件要求

#### 3.1.1 核心硬件
- **计算平台**: 树莓派 4B/5 (推荐 8GB RAM)
- **摄像头**: 星光级CMOS传感器 (IMX477/IMX462)
- **存储**: 高速microSD 64GB+ 或 USB3.0 SSD
- **网络**: 以太网/WiFi双网络支持

#### 3.1.2 可选硬件
- **GPS模块**: 支持PPS输出的GPS接收器
- **传感器**: DHT22温湿度传感器
- **电源**: 不间断电源(UPS)支持

### 3.2 软件环境
- **操作系统**: Raspberry Pi OS / Ubuntu 20.04+
- **运行时**: Rust 1.70+ / Tokio异步运行时
- **依赖库**: OpenCV 4.x, FFmpeg, astrometry.net
- **数据库**: SQLite 3 (本地) + 可选云数据库

### 3.3 性能指标
- **检测延迟**: < 100ms (实时检测)
- **系统响应**: < 500ms (用户界面)
- **连续运行**: > 30天 (无人值守)
- **数据处理**: > 1000 事件/日 (高活跃期)

## 4. 用户体验需求

### 4.1 安装部署
- **一键安装**: 提供自动化安装脚本
- **配置向导**: 图形化或命令行配置工具
- **硬件检测**: 自动检测和配置硬件设备
- **文档支持**: 详细的安装和配置文档

### 4.2 日常使用
- **零维护运行**: 自动故障恢复和系统优化
- **智能告警**: 关键事件和系统异常及时通知
- **简单配置**: 主要参数通过Web界面或配置文件调整
- **状态透明**: 实时显示系统运行状态和统计信息

### 4.3 数据访问
- **多种访问方式**: Web界面、API、直接文件访问
- **数据导出**: 支持多种标准格式导出
- **快速检索**: 基于时间、位置、事件类型的快速搜索
- **数据备份**: 自动或手动备份重要观测数据

## 5. 质量需求

### 5.1 可靠性
- **系统稳定性**: MTBF > 720小时 (30天)
- **数据完整性**: 关键事件数据零丢失
- **自动恢复**: 软件故障30秒内自动恢复
- **错误处理**: 优雅处理所有异常情况

### 5.2 性能
- **实时处理**: 检测处理能力 > 30fps
- **资源使用**: CPU使用率 < 80% (平均负载)
- **内存管理**: 内存使用 < 2GB (8GB系统)
- **存储效率**: 压缩比 > 50% (不影响检测精度)

### 5.3 可扩展性
- **模块化设计**: 支持功能模块独立升级
- **插件架构**: 支持第三方检测算法插件
- **多设备协作**: 支持10+ 设备网络部署
- **云端集成**: 支持多种云服务平台集成

### 5.4 安全性
- **网络安全**: 所有外部通信支持TLS加密
- **访问控制**: API访问需要身份认证和授权
- **数据保护**: 本地数据加密存储可选
- **更新安全**: 系统更新包数字签名验证

## 6. 合规性需求

### 6.1 开源协议
- **MIT许可证**: 代码采用MIT开源许可证
- **第三方库**: 兼容所有依赖库的许可证要求
- **文档开放**: 技术文档采用知识共享协议

### 6.2 标准兼容
- **CAMS格式**: 兼容CAMS网络数据格式
- **NMEA协议**: 完整支持GPS NMEA协议
- **视频标准**: 输出标准H.264/MP4格式

## 7. 项目约束

### 7.1 技术约束
- **硬件平台**: 主要针对ARM64架构优化
- **编程语言**: 使用Rust语言开发 (性能和安全考虑)
- **依赖管理**: 最小化外部依赖，优先使用Rust生态
- **跨平台**: 支持Linux/macOS开发和测试

### 7.2 资源约束
- **开发团队**: 小团队开发，重视代码质量和文档
- **维护成本**: 设计简单易维护的架构
- **硬件成本**: 控制单套设备成本 < 500美元

### 7.3 时间约束
- **迭代开发**: 采用敏捷开发，每月发布新版本
- **功能优先级**: 核心功能优先，增强功能后续迭代
- **文档同步**: 功能开发与文档编写并行进行

## 8. 验收标准

### 8.1 功能验收
- [ ] 连续运行30天无重大故障
- [ ] 检测准确率达到90%以上
- [ ] 所有API接口100%可用
- [ ] Web界面所有功能正常

### 8.2 性能验收
- [ ] 检测延迟 < 100ms
- [ ] 系统资源使用率在合理范围
- [ ] 网络传输稳定可靠
- [ ] 存储管理自动化运行

### 8.3 用户体验验收
- [ ] 安装部署时间 < 30分钟
- [ ] 主要功能配置时间 < 10分钟
- [ ] 用户文档覆盖所有功能
- [ ] 常见问题有明确解决方案

## 9. 风险评估

### 9.1 技术风险
- **硬件兼容性**: 不同摄像头和传感器兼容性问题
- **算法精度**: 检测算法在不同环境下的鲁棒性
- **性能瓶颈**: 树莓派硬件性能限制

### 9.2 市场风险
- **用户接受度**: 天文爱好者对技术产品的接受程度
- **竞争产品**: 现有商业解决方案的竞争压力
- **维护支持**: 长期技术支持和社区建设

### 9.3 风险缓解
- **充分测试**: 多环境、多硬件配置测试
- **社区建设**: 建立用户社区和反馈机制
- **文档完善**: 提供详细的技术文档和教程
- **开源优势**: 利用开源社区力量进行改进

## 10. 成功指标

### 10.1 技术指标
- **检测精度**: > 90% 准确率
- **系统可用性**: > 99% 正常运行时间
- **处理性能**: 支持30fps实时检测
- **数据质量**: < 1% 数据丢失率

### 10.2 用户指标
- **用户满意度**: > 4.5/5.0 评分
- **社区活跃度**: > 100 活跃用户/月
- **问题解决**: < 24小时 响应时间
- **功能使用**: > 80% 核心功能使用率

### 10.3 项目指标
- **代码质量**: > 90% 代码覆盖率
- **文档完整**: 100% 功能文档覆盖
- **发布节奏**: 每月一个版本发布
- **社区贡献**: > 10 外部贡献者

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*此PRD文档将随着项目进展持续更新和完善*