降水粒子的成像探测技术及仪器初探

降水粒子识别在天气现象的自动观测、人工影响天气及天气雷达定标等领域有重要应用。针对降水粒子的形状测量,总结了两种成像探测仪器的原理、主要技术指标、功能及应用情况;提出一种基于线阵CCD的降水粒子狭缝摄像方法,分析了CCD对降水粒子的线扫描过程及粒子形状获取过程;构建了降水粒子测量的光学系统,成像系统采用远心光路以提高测量精度,照明系统采用克拉照明以获得均匀照明;最后分析了待解决的问题。     

机载PMS系统技术原理剖析

机载PMS粒子测量系统具有自动化程度高、实时性和适用性强、运行稳定的特点,能实时探测、记录、处理并显示云滴、降水粒子数据。简要介绍了该系统的组成及其工作原理,详细介绍了PMS系统中云滴和降水粒子的探测原理,分析其结构及技术特点,探讨其在实际应用中可能带来的误差,最后就PMS系统实际应用及研发提出了一些建议。     

机载激光云粒子成像仪研制与校准研究

为了实现对25m~1550m范围云粒子的测量和成像,采用了光学成像方法,基于准直光束照射的云粒子在64元探测器上投影切片组合的原理,研制了机载激光云粒子成像仪.介绍了激光云粒子成像仪各组成部分的功能,进行了探测单元量化标准、数据获取与处理方法、以及影响云粒子成像准确性的因素等方面的分析.建立了粒子尺寸校准装置,并采用7种规格的标准圆点进行了校准实验.结果表明,机载激光云粒子成像仪可探测到云粒子并成像,实现了粒子的尺寸测量和2维图像显示.     

条纹原理激光雷达成像仿真及实验

基于条纹原理的阵列探测体制激光成像雷达由于其独特的技术优势在激光测绘中具有潜在的应用。介绍了扫帚扫描结合条纹原理阵列探测体制激光雷达的仿真及飞行实验研究结果。首先介绍新体制激光雷达仿真平台的建立及典型的仿真结果。利用该仿真平台可指导新体制激光雷达的设计,并对机载飞行实验参数的设定进行成像效果仿真,仿真的距离测量精度为0.5 m。最后开展了新体制激光雷达机载飞行实验,给出了典型地区的原始条纹图像及经过数据处理后的点云图。新体制激光雷达外场实验结果的测距精度优于1 m,机载飞行实验测距精度结果与仿真分析结果一致,验证了该仿真系统的正确性。通过与实际被动光学相机成像图像进行比较,验证了新体制激光雷达在航空测绘等方面的技术可行性。     

降水粒子谱仪的光学系统设计及实现

重点讨论了降水粒子谱仪的光学系统的设计方法和实验结果。整个光学系统分为光束整形模块和粒子成像模块,分别介绍了两模块的设计原理和设计结果,以及实验测试结果。激光二极管发出的光束整形为40 mm×3.9 mm、长宽比接近10∶1的长条形光斑,作为粒子照明光束;测量了不同尺度圆形不透明图案的成像,以及轴上及轴外的成像,实现了1/5放大倍数的粒子成像。测量结果与设计结果非常吻合,达到了设计目标,满足了系统测量的功能要求。研究成果为粒子谱仪的技术改进和产品化提供了技术支持。     

128?128元双色红外探测器成像电路设计

介绍了针对128×128元双色碲镉汞红外焦平面探测器而设计的一种探测成像系统。该探测成像系统包括探测器适配、视频模拟信号调理、模数转换、非均匀校正以及数字图像输出模块等功能模块。结合光学系统和上位机图像记录软件,对该探测成像系统进行了相关成像试验及性能测试。目前,该探测成像系统已成功应用于红外导引系统。     

合成孔径激光雷达光学系统和作用距离分析

该文对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar, SAL)光学系统和作用距离进行了分析。根据SAL成像特点,提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念,并引入相控阵模型对其性能进行分析。通过在压缩光路中馈源和主镜两处使用二元光学器件,在口径300 mm条件下将2°接收视场信号收入光纤,对所需的相位参数和对应的波束方向图进行了计算仿真。给出了SAL作用距离方程,分析了相干探测和信号积累增益,明确了SAL具有良好的微弱信号探测能力的结论。针对实际应用需求,给出了一个远距离高分辨率机载SAL系统参数和工作模式。5 cm分辨率时,在连续条带成像模式下,其作用距离可达5 km,幅宽可达1.5 km;在滑动聚束成像模式下,作用距离可达10 km,幅宽可达1 km。      

周视激光成像引信设计及仿真

激光成像探测是引信技术发展中一个重要方向,周视成像探测技术可以有效提高引信系统的探测能力。文中首先提出一种简易周视激光成像引信原理和结构,在弹目交会过程中可实现360周视探测的目标成像;其次建立弹目交会模型和目标3D模型,模拟简易周视激光成像引信对空和对地面目标成像探测的过程;最后设计简易周视激光成像引信的仿真软件,用于生成引信在不同弹目交会条件下的仿真数据,包括目标灰度图像、二值图像、回波信号等,可为周视成像引信的图像识别电路设计和最终的工程化实现提供可靠依据。     

机载W波段双线偏振测云雷达回波分析

介绍了W波段测云雷达的意义及国外现状,对国内研制的首部机载W波段双线偏振测云雷达回波进行了分析:雷达系统可实现多种扫描探测模式,以雷达波束固定向下探测资料为最便于作合理的分析,在侧向探测时,以距云一定距离作平行于云的直线飞行探测较好;实验中探测到非降水的冰晶云或混合相云的强度为-20~5dBz,线性退极化比与粒子形状及雷达扫描模式有关。这些分析为进一步研制和改进W波段雷达奠定了基础。     

基于线阵图像传感器的降水测量技术研究

降水现象是全球水循环和气候变化的重要研究对象.降水粒子谱资料在天气现象的自动观测、云微物理过程研究和气象雷达回波订正等领域有重要应用.基于线阵图像传感器的降水观测系统可获取降水粒子图像信息,为雨滴的微物理特性研究提供原始资料.在简述基于线阵图像传感器的降水测量系统工作原理基础上,分析了线阵降水测量关键技术及线阵数据处理相关问题,分别从光学系统参数需求、线阵传感器高速扫描和线阵数据处理等方面进行了讨论,以期线阵图像采集技术能更好地应用于降水测量.     

基于LabVIEW的电路参数测试系统的设计与实现

采用DDS数字合成技术,由FPGA产生测试系统的信号源,通过阻抗的数字化测量方法,设计一个基于虚拟仪器技术的参数测试系统,实现对电路参数的自动测量.该系统采用上层软件和下层硬件分级工作的总体设计方案,以当今测控领域最流行的虚拟仪器开发工具LabVIEW为软件平台,以NI ELVIS虚拟仪器套件,ALTERA公司的DE2开发板和PC机为硬件平台.系统成本较低,具有友好、灵活的人机界面,精度较高,使用方便.     

基于智能型红外焦平面电路液氮成像系统的研究与算法实现北大核心CSCD

提出了一种智能型红外焦平面电路液氮成像系统,系统采用UART转SPI数据传输,上位机VB软件开发SPI配置界面,可提高SPI寄存器批量配置效率和准确率,减少外界干扰产生误码和乱码情况,并结合FPGA、自研的IRCamExpert-CETC图像处理软件和图像采集卡搭建软硬件成像系统,本系统具有红外视频图像在线监测和多芯测试能力。本文进一步提出了基于单片像元级ADC的背景减除、盲元补偿、非均匀性校正、开窗、像素合并、空间滤波、图像均衡变换、时间延迟积分多种图像算法和总体算法结构,并通过对一款640×512阵列的智能型红外焦平面电路进行测试,验证了单片红外焦平面多功能图像算法,并实现了系统对智能型红外焦平面全参数的性能评估。采用像元级进行图像处理的方式,降低了采用算法级进行后续图像处理的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。多功能图像算法为智能型红外焦平面的工程化应用提供了新技术途径。     

视频成像测井光缆传输系统井上电路设计

文章描述了一种基于FPGA实现的井上电路.该电路基于光缆传输机制,采用光模块完成光电转换,在FPGA内实现高速串行数据的数据恢复和曼彻斯特解码等处理,经视频模块处理后,完成对井下视频信息的恢复.其中,高速串行数据的数据恢复采用了过采样的处理方法.该电路结构简单、可靠性较高,与井下电路配合使用,可实现井下视频信号的可靠采集.     

基于FPGA的红外光斑中心实时检测

红外光斑中心检测在红外自动验光仪、红外测距仪等光学测量和检测仪器中是一项关键技术,检测算法的精度、速度直接影响光学测量的精度及速度。目前的检测处理系统多是基于PC机的,存在着实时性、稳定性问题。在总结各种检测算法的基础上,基于重心法使用FPGA实现了低信噪比红外光斑中心的实时检测。在实验电路中,先使用视频解码芯片SAA7113将模拟CCD视频信号转化为CCIR656格式数字信号;再在FPGA内部使用流水线结构进行直方图计算,计算阈值,二值化图像,五次二值图像收缩,五次二值图像膨胀处理以去除噪声,然后计算重心坐标。实验电路对红外自动验光仪中产生的视网膜反射红外光斑PAL制式视频图像信号能在1／25s完成一幅图像的检测。而普通PC完成同一过程需要1S左右。文章介绍了基于FPGA实现方案。     

一种双光幕弹丸测速系统设计与实现

在现在代武器的研究中,需要对弹丸速度进行高精度测量,因此设计了一种软硬件结合的双光幕测速系统。整个系统以FPGA为控制核心,通过控制硬件电路实现对前端光幕传感器电流信号的调理及采集,之后将数据存储并通过网口上传到上位机。设计中对转换后的信号进行了软件调零,解决了传统硬件调零不稳定的问题,同时采用弹底触发的方式进行计时,提高了弹丸测速的准确性。与传统测速系统相比,该系统具有精度高、灵活性好等优点。通过多次测试与实验,该系统已成功应用于某军工产品的研制中。     

单片机在表面粗糙度测量系统中的应用

设计了一种以单片机和光纤传感器为基础构成的表面粗糙度测量系统。该系统由光纤传感器、信号检测电路、单片机处理电路和显示装置组成。其特点是系统性能稳定、适应性强、精度高,可以对不同加工方法的工件实现非接触和在线测量。重点给出了该系统的主要硬件和软件及实现方法。     

基于SOPC的脉冲发生器

为了给分布式拉曼测温系统中的激光器提供激励源,设计一个稳定性好、纳秒级脉宽、周期可控、占空比可调的高速脉冲发生器。以Ahera公司的CycloneⅡ系列的EP2C5Q208C8为核心的核心板和一些外围器件组成硬件电路。高速脉冲发生器是在QuaflusⅡ软件平台下,使用VHDL在FPGA上用硬件逻辑电路设计。脉冲发生器控制系统是利用QuartusⅡ开发软件扣其中集成的SoPC Builder系统开发工具进行设计。实验结果表明,该脉冲发生器稳定输出脉宽为10～500ns．周期为1μs～1ms,占空比可调的窄脉冲,满足分布式拉曼测温系统的要求。     

基于LZW算法和FPGA的验光仪数据实时无损压缩系统

提出了一种基于FPGA的验光仪的数据实时无损压缩系统,采用LZW算法。首先通过对比分析常用数据无损压缩算法的特点得出LZW算法在实时性、实现复杂度、所需的存储容量、算法的压缩效果和适用的场合方面都有不错的特点,因此以它作为硬件实现的算法。此数据实时无损压缩系统由数据实时无损压缩硬件电路、测试软件、解压软件与读数软件组成,其中数据实时无损压缩硬件电路由数据采集、数据压缩、控制单元、数据存储、电源管理等几部分组成,核心器件是FPGA,利用FPGA芯片内部的RAM资源构成输入数据的缓存器以及LZW算法所需的2个字典存储器,并结合有利于硬件实现的字典管理策略完成了实时无损压缩,同时FPGA还负责对模数转换器、闪存的控制等功能。结果表明该方案所占逻辑资源较少、可移植性强、功能扩展容易,数据的存储和传输效率提高了20%,成本降低了13%。     

基于LabVIEW的船用电机故障检测系统的研究

文章针对现在船用电机故障的主要问题,介绍了基于小波分析原理的消噪和特征提取方法,结合LabVIEW平台实现了硬件和软件资源的共享。其中,系统硬件由加速度传感器、信号调理电路、数据采集卡和PC机组成;系统软件利用LabVIEW平台编程实现数据采集、保存、小波除噪处理及小波变换,检测出故障特征信息。实验表明,本系统大大提高了故障检测的实时性与准确性。     

改进神经网络的图像识别系统设计与硬件实现

针对现有图像识别系统大多采用软件实现,无法利用神经网络并行计算能力的问题。该文提出一套基于FPGA的改进RBF神经网络硬件化图像识别系统,将乘法运算改为加法运算解决了神经网络计算复杂不便于硬件化的问题,并且提出一种基于位比较的排序电路解决了大量数据的快速排序问题,以此为基础开发了多目标图像识别应用系统。系统特征提取部分采用FPGA实现,图像识别部分采用ASIC电路实现。实验结果表明,该文所提出的改进RBF神经网络算法平均识别时间较LeNet-5, AlexNet和VGG16缩短50%;所开发的硬件系统完成对10000张样本图片识别的时间为165 μs,对比于DSP芯片系统所需426.6 μs,减少了60%左右。