空间光通信收发端机性能分析与设计

讨论了大气激光通信系统光收,发端机的功能和基本组成。激光器和探测器是收发端机的核心部件,描述了它们的特点和性能。通常采用信标光和信号光分离的方法来实现光通信系统的搜索、捕获和跟踪功能。对可供选择的探测器CCD、PSD、4Q-PIN、4Q-APD的特点进行了分析,选择的依据主要是接收视场角、灵敏度和位置分辨率。     

自由空间光通信精跟踪模糊控制系统的设计

针对空间光通信中捕获、瞄准和跟踪(ATP)技术的精跟踪系统对信标光斑实时准确跟踪需求,设计了基于前馈补偿的比例,积分和微分(PID)模糊控制系统,采用camera-link接口的高帧频CMOS相机和大规模FP-GA芯片设计了精跟踪处理控制平台,并将图像处理、前馈补偿和PID模糊控制等功能全部集成在FPGA芯片内部。实验结果表明,前馈补偿模糊PID控制具有更强的系统适应性,精跟踪系统带宽达到300 Hz,对大于100 Hz的高频振动频谱仍然有很好的抑制补偿效果,尤其对于低于60 Hz的主要扰动频谱具有很好的跟踪补偿效果,抖动压缩比达到90%以上,抖动均方差小于1 pixel,定位精度约为1μrad。     

基于CCD相机的转台转动速度测量方法研究

针对传统测速方法不能满足高速高精度下测量的要求,在研究CCD （Charge Coupled Device）相机的工作原理及特点的基础上,实现一种以现场可编程逻辑器件（FPGA,Field Programmable Gate Array）为控制核心的转台转动速度测量系统。工作在外触发方式下的高帧频CCD通过Camera Link接口作为相机图像数据的输入,利用FPGA的高速并行特性完成了高帧频数字图像的采集、数据流的缓存控制,并且综合分析了自相关算法的原理和过程,给出了该算法完成测速系统的具体实现方法,最后得出的速度通过通信端口实时的发给上位机。经试验验证：利用高帧频CCD相机的测速方法可精确测量转台转动的速度,系统误差率低且稳定可靠。     

基于GPS的星地激光通信捕获对准研究

提出了基于GPS坐标解算实现星地激光通信捕获、跟踪和对准(ATP)初始捕获的方法。星地激光通信信标光跟踪系统通过对地面GPS坐标和卫星坐标的解算,得到地面光学天线的方位角和俯仰角,光学天线根据角度旋转对准信标光,从而将信标光引入粗跟踪CCD的视场。给出了GPS坐标解算算法和信标光方向角度随卫星坐标变化的仿真曲线。用二维电机进行了地面转台的捕获实验,对实验数据进行了捕获精度的分析,结果表明,通过GPS坐标解算能够快速地实现信标光的初始捕获。     

高速CCD视频摄像机的设计与研究

针对大视场、高帧频、多目标电视测量系统,介绍了高速CCD视频摄像机的设计和研究。研究高速CCD视频信号的产生,给出相应的电路设计。建立并分析了信号变换模型。基于设计的信号变换电路,可把高速CCD视频摄像机和标准TV监视器、录像机联合起来使用,实现高速CCD视频信号的显示与记录,而不需要昂贵的辅助仪器。实验结果表明高速CCD视频摄像机的适用性。     

高帧频CMOS相机数据传输系统设计及仿真

为了解决高帧频相机所采集的大量视频图像信息的高速实时传输问题,提出一种高速图像信息传输系统的设计方法.利用Verilog硬件描述语言,在XILINX FPGA内构建了介质访问控制器（Media Access Control,MAC）,并结合外部物理接口收发器（Physical Layer Devices,PHY）实现了高帧频大容量高速图像信息传输的千兆网卡设计方案.重点对MAC核的WISHBONE接口模块、发送、接收以及GMII管理模块进行了详细设计,最后,对系统的功能和传输速率进行了实验测试.以1000 Mbps速率进行仿真,结果验证了方案的可行性.     

基于前馈补偿的空间光通信精跟踪控制研究

针对空间光通信精跟踪系统存在非线性、时延滞后的特性而难于建立精确的数学模型,设计了基于前馈补偿的模糊比例、积分和微分(PID)控制系统。采用camera-link接口的高帧频可开窗口CMOS相机和大规模FPGA芯片,设计了精跟踪处理控制平台。将图像处理、前馈补偿和模糊PID控制等功能全部集成在FPGA芯片内部,大大降低了系统体积和成本;将模糊PID与前馈补偿相结合,极大提高了系统的控制精度和抑制外部干扰的能力。测试结果表明,该系统稳定精度高、抗干扰能力强。     

高空平台不稳定对平台间光通信性能的影响及抑制

考虑晃动对平台间光通信的影响,结合Γ大气扰动模型,推导出平台间光通信的误码率表达式,进一步分析平台晃动条件下平台间光通信捕获、跟踪和瞄准(APT)系统的设计要求。结果表明,发送端偏转和接收端的垂直运动对平台间光通信性能影响较大,而接收端偏转和发送端的水平运动对平台间光通信性能影响较小;满足平台间光通信误码率小于10-6的APT系统瞄准精度应低于50μrad。     

基于面阵CCD的双边跟随式带钢测宽仪设计

为解决现有带钢宽度实时检测技术检测精度不高的问题,设计一种基于面阵CCD(电荷耦合器件)的双边跟随式带钢测宽仪。采用面阵CCD相机采集带钢边缘图像,减小边缘成像误差;针对带钢高速运动过程中上下抖动较大的情况,采用双边跟随式的方法使相机跟随带钢边缘移动,减小面阵CCD相机视场角误差;采用大小双视场ROI(感兴趣区域)差分边缘检测算法检测带钢边缘,减小因铁屑掉落和带钢边缘突变产生的误差。现场检测结果表明:设计的带钢测宽仪可对边缘不平整、上下抖动较大的带钢进行有效检测,且能有效避免铁屑掉落和边缘突变带来的误差;双视场ROI差分边缘检测算法精度可达0.055 mm,算法帧率达46 F/s,宽度总体精度可控制在1 mm以内,测量帧率达20 F/s,满足高精度与实时性检测的要求。     

空间CCD相机动力学环境模拟研究

为了改进空间CCD相机的结构设计性能,应用CAE技术对空间CCD相机进行模态分析、频率响应分析等动力学特性研究。分析计算表明空间CCD相机的自然频率足够高,一阶模态达到180Hz以上,保证了空间CCD相机在外界动态载荷低频振动作用下的动力学响应。有限元分析结果为空间CCD相机的结构设计提供了必要的指导。     

基于Camera Link协议的CCD图像采集系统

为满足航天相机系统快速、高质量的成像要求,设计了一种基于Camera Link协议的高速CCD（ChargeCoupled Device）图像采集系统。该系统采用CPLD（Complex Programmable Logic Device）、专用视频处理芯片TDA8783、乒乓结构的存储器进行设计,并使用时间延迟积分（TDI：Time Delay Integral）的工作方式,通过设置单级积分时间长度和积分级数改变总积分时间长度。实验结果表明,该系统能同时输出两路CCD电压信号,最高数据输出速率达15帧/s,信噪比大于50dB,两通道的不均匀性小于2%,满足航天相机系统的高速、高分辨率设计要求。     

适于大视场空间相机应用的高性能ADV212控制器

针对现有基于ADV212压缩系统的ADV212控制器难以满足空间TDICCD相机的应用,提出了一种适于大视场空间TDICCD相机的高性能ADV212控制器。首先,分析了ADV212工作原理,结合CCD数据特点,提出了Custom-specific模式工作机制,在该机制下,使用乒乓操作的SDRAM构造图像帧,并以流水线作业的方式实现单片ADV212处理5通道CCD数据。最后,使用地面检测设备对ADV212控制器进行了试验验证。结果表明,ADV212控制器能快速稳定地工作,压缩一帧图像仅需7.68 ms。在压缩比指标2:1～32:1内,PSNR均在30 dB以上,在正常工作压缩比为1 bpp时平均PSNR提高了2.49 dB。该控制器满足了空间相机压缩系统的应用。     

联合变换相关器傅里叶变换镜头光学系统设计

针对联合变换相关器的目标识别的设计要求,为提高联合变换相关器光学特性,本文提出三片式傅里叶变换透镜的设计。该设计根据电寻址液晶EALcD和CCD对傅里叶变换透镜的匹配要求确定设计参数。工作波长为O．6328,um,焦距200mm,全视场角4°,相对孔径1：4。系统引入偶次非球面,使镜头结构紧凑、重量轻、筒长短。设计结果表明：在空间频率501p／mm时,光学系统的MTF大于0．8,接近衍射极限,像质优良,满足联合变换相关器的总体设计要求。     

量子点免疫层析试条定量检测系统的设计

一种量子点免疫层析试条定量检测系统,由量子点免疫层析试条、试条架、扫描系统、电荷耦合器（CCD）、信号放大器、模／数转换器（A／D）、微处理器（MCU）、输出显示装置、打印机、键盘和一张与试条配套的IC卡构成。微处理器读取Ic卡参数后控制试条架运动以适合扫描系统的光纤探头对试条进行自动扫描,采集的特征波长反射荧光经CCD、信号放大器、模／数转换器传输给微处理器进行光信号识别和浓度计算,输出显示装置显示结果。该系统能快速准确实现样品多元指标定量检测,具有检测快速、灵敏度高、结果客观、使用灵活等特点,在生物医学样品检测方面具有广泛应用前景。     

光电混合联合变换相关器

本文主要介绍了一种光电混合联合变换相关器,系统中空间光调制器为电寻址液晶EALCD;用平方律探测器面阵CCD记录谱面的联合变换功率谱,功率谱经光学傅立叶变换,得到相关输出信号;通过此信号我们可以识别目标,确定目标方位.该系统的优点在于:系统以光速进行光学傅立叶变换和光学相关,功率谱及相关输出信号是由CCD探测,可以进行数字信号处理,这样把光学的优点和计算机的优点结合起来.     

大气信道无线激光通信系统设计方法研究

大气信道是制约无线激光通信链路性能提高的一个重要约束条件。为了提升通信系统性能,使其能适应远距离、高速率、低误码率的传输需求,在进行系统级设计时根据大气信道激光传输特性进行总体设计与分析是十分必要的。首先对大气激光传输特性展开研究,在实验的基础上对大气湍流、大气衰减效应进行了分析;然后从大气信道约束的角度出发,分析了大气信道中光端机的光学发射天线、光学接收天线、通信系统、瞄准跟踪等子系统的设计方法以及相应的设计参数和优化方法;最后给出了一套大气信道无线激光通信系统的总体设计实例。     

无线视频监控系统设计

针对现有视频监控系统具有的布线繁琐、结构性差、便捷性差、可靠性低、可扩展性差等问题,采用无线网络传输数据的方法,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的无线视频系统.该系统首先利用CCD摄像头获取视频图像,然后利用无线模块传输数据,并利用FPGA集成度高、视频信号处理能力强、结构灵活、成本低等特点实现数据处理,实现图像在VGA显示器上的显示.同其他同类产品比,所设计的系统能够实现实时无线视频监控,而且具有成本低、便捷、可靠等优点.