基于APD线列的单光子探测计数研究

单光子探测系统可以对单个光子进行探测;探测系统含有探测部分、淬灭电路部分和计数部分;探测部分主要由工作在盖革模式下的雪崩光电二极管组成;在盖革模式下的雪崩光电二极管发生雪崩后不能自然停止,淬灭部分主要为了主动抑制雪崩电流,快速降低雪崩电压,以达到提高探测效率,降低错误计数的目的;APD线列产生多个光子脉冲信号,计数部分的主要功能是对多路光子脉冲信号进行计数、显示并且可以控制每路APD的比较电压,保证每路APD淬灭电路的正常工作。     

一个高速、低DCR SPAD设计与仿真

采用有源淬灭和有源复位电路,设计一种全集成高速、低暗计数率(DCR)单光子雪崩二极管探测器(SPAD)。与被动式淬灭电路相比,该结构通过减小流过SPAD的雪崩电荷,以减少后脉冲、热激发以及二次雪崩的概率,它可在纳秒级内反馈关断雪崩并准备好下一次探测,因而具有更快的相位转换速度、更少的计数损失和更高的灵敏度,非常适用于高速、高灵敏度的光子探测领域。仿真时采用SPAD的SPICE简化模型和MATLAB增强模型,综合考虑瞬态特性和暗记数率特性。     

太阳能“程控+光控”跟踪误差校正分析

阐述了“程控+光控”跟踪控制系统的原理与结构,建立以聚光器始末角度误差值作为跟踪系统输入信号的数学模型,对比分析了光电探测器的误差校正系统并确定了相应的参数,在软件MATLAB环境中进行了光电探测器的误差校正数值分析与仿真。结果表明跟踪系统经过光电探测器的误差校正能够有效提高跟踪精度,提高光能利用率,所作研究分析为高精度的太阳能跟踪控制系统的开发利用提供理论依据。     

基于FPGA的高精度光子计数检测系统研究

为了实现微弱光信号的高精度检测,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的光子计数检测系统.采用高灵敏度的光电倍增管作为光电转换器件,有效地实现微弱光信号的获取与处理.基于FP-GA,设计了时序控制模块、光子计数模块、串口通信模块、存储模块和键盘扫描控制模块,完成信号的处理与存储.使用该系统对三磷酸腺苷(ATP)样品...     

激光连续探测系统虚警数控偏压源的设计

基于偏压的虚警控制原理,设计了一种自动跟踪雪崩管击穿电压的数控偏压电路,该电路不仅使偏压的建立速度和控制精度得到较大提高,而且适用于背景光强和环境温度大幅度变化的连续探测的光电系统。     

基于STM32的雷达信号跟踪控制系统设计

雷达信号跟踪控制系统是航空测控系统的重要组成部分,主要作用是对航空器进行探测定位跟踪;为了保证航空器运行过程中,天线能够实时地对准行航空器,保证通讯的稳定性和实时性,设计了一种基于STM32的雷达信号跟踪控制系统;雷达信号跟踪控制系统采用了STM32F407IG控制芯片作为信号跟踪控制系统的处理器;通过处理来自四相调制接收机的方位差电压ΔA信号和俯仰差电压ΔE信号,决定需要的控制动作;为了保证方位差电压ΔA信号和俯仰差电压ΔE信号的可靠性,设计实现了信号的硬件校正以及软件滤波;使用PWM脉冲功能控制步进电机转动,利用驱动器实现电机运动精度和速度的可控;采用高精度高速率的模数转换器提高差电压信号数字化的可靠性和实时性;采用旋转变压器实时反馈运动位置,形成闭环控制,保证运动的可靠性;通过软硬件的反复调试和测试,接收机输出的方位差电压ΔA和俯仰差电压ΔE电平保持在比较低的范围内,并且通讯长时间正常稳定,证明了雷达信号跟踪控制系统实现了对航空器的跟踪控制功能。     

探测光幕的高速弹丸红外辐射信号获取研究

为了解决光电探测靶在低照度环境下不能工作的问题,提出采用红外探测技术改善其低照度探测性能。利用普朗克定律,分析高速弹丸作用于探测光幕的红外辐射特性;结合探测光幕,分析高速弹丸穿越光幕的红外辐射通亮的变化;利用红外探测器的响应率,建立红外电压信号输出模型,设计红外探测放大电路与数据采集电路,通过实验,飞行弹丸穿越光幕瞬间,探测系统输出的信号明显,在小口径弹作用下,输出幅值可达1V。     

温枪弹道中光电靶灵敏度控制系统优化设计

传统控制系统存在灵敏度控制效果差、性能不稳定等问题,无法满足高效控制标准,提出温枪弹道中光电靶灵敏度控制系统优化设计。根据实际条件和干扰元素设计原理,从温枪弹道中光电靶灵敏度控制角度出发,将光信号转换为微弱电流信号,对微弱电流信号进行转换,设计光电靶灵敏控制器和光电转换电路,完成系统硬件部分设计;选择基于优化环境下的软件程序开发板来实现软件编程,完成光电靶灵敏度控制系统的优化。实验验证结果可知,该系统灵敏度控制效果强、性能稳定。     

基于大数据聚类的智能探测机器人运动控制系统设计

为了减小智能探测机器人运动轨迹误差,实现精准控制,提高智能探测机器人运动控制效率,设计基于大数据聚类的智能探测机器人运动控制系统;采用TMS320LF2407A主控芯片,集成650 V功率管,在电感电流断续模式下工作,提供系统驱动能量,设置光电耦合器,处理控制信号发射,调整控制电路内部电流关系;选用6ES7214-1AG40-0XB0控制器以及信号和通信模块扩展,控制机器人运动轨迹,结合内部驱动装置,整合运动数据信息进行存储,实现运动控制系统硬件结构设计;通过调节程序开始数据,结合内部脉冲数据,构建软件平台管理模块,获取机器人运动轨迹数据;采用大数据聚类技术,建立控制系统大数据分布结构模型,模拟非线性时变LFM控制信号,提取特征并聚类运动轨迹数据,获取精准运动轨迹数据,减少运动轨迹偏差程度,完成运动控制系统软件设计;实验结果表明,基于大数据聚类的运动控制系统的运动轨迹误差较小,能够有效实现精准控制,提高运动控制效率.     

激光雷达窄脉冲回波信号采集系统设计

激光雷达发射出窄脉冲激光信号,在照射到目标物体后产生回波,由雪崩型光电传感器将其转换为电脉冲信号。针对该ns级电脉冲,提出8GSPS高速并行采样方案与通道校正方案。仿真与实验结果表明：雪崩型光电传感器具备良好的窄脉冲响应能力,高速并行采样可以实现窄脉冲信号采集重构,通道校正方案减少了通道失配对系统的影响。系统完成对4 ns窄脉冲回波信号的实时采样。     

基于区块链技术的高速移动视点视频监控跟踪系统设计

针对传统高速移动视点视频监控跟踪系统视频信号收集能力差,追踪准确率低,课题在区块链技术基础上设计了一种新的视点视频监控跟踪系统。系统硬件设计分为视频监视模块、数据定位模块以及视频监控跟踪模块三个模块进行研究操作,在视频监控跟踪模块中根据硬件元件结构与性质对其进行系统掌控,辅助BDL9830QD监视器强化内部系统监视功能,时刻保持系统中心监控操作,在数据定位模块中,综合数据所处状态,选择数据微型定位器对信号进行追踪定位,标定定位目标,调整数据状态,在视频监控跟踪模块中选用HX-YT01 自动视频追踪器加大对数据信号的跟踪力度,实现精准化监控跟踪,由此完成系统硬件设计。在系统应用程序设计中综合硬件元件特点进行程序改造,构建区块链空间,实现对系统的整体设计。实验结果表明,基于区块链技术的高速移动视点视频监控跟踪系统的追踪能力提高了15.21%,追踪结果准确率提高了22.8%。该设计能够在较高程度上强化系统监控跟踪性能,同时缩减系统操作所需时间,提升整体系统运行效率,能够更好的为使用者提供优质理论研究操作。     

基于Arduino单片机的太阳能智能充电控制器监测系统设计

考虑到充电控制器在实际应用过程中未考虑控制器循迹、避障处理,造成连接稳固能力较差、控制通路信号突变较大问题,设计一种基于Arduino单片机的太阳能智能充电控制器检测系统。在总体硬件结构基础上,部署Arduino单片机的集成形式,并联合可移植的太阳能智能监测协议,对充电控制器的监测节点进行传输处理,完成监测系统的结构组织搭建。利用太阳能控制器的循迹标准,对系统中可能出现的监测问题进行避障处理,实现智能充电控制器的监测方案选型。在多个微系数条件的促进下,对系统的参量误差进行精准标定,完成基于Arduino单片机的太阳能智能充电控制器检测系统设计。在40S68S37N03充电芯片的支持下,累计监测系统的多次运行调试结果可知,充电频率处于30Hz-50 Hz之间时,太阳能控制器的连接稳固能力提升明显,通路控制曲线在保持原有变化幅度的基础上,出现稳定波动周期,解决了控制通信号路突变问题。     

A silicon avalanche photodiode for single optical photon counting in the Geiger mode

Avalanche photodiodes (APDs) can be used in the so-called Geiger mode to count single optical photons. In this mode the diode is biased above its breakdown voltage. The absorption of a single photon initiates avalanche breakdown, which can easily be detected. Prototypes of an area-efficient structure for Geiger-mode dedicated APDs have been designed, fabricated and tested. These structures have been created within the framework of a project to integrate arrays of these devices. The prototypes can be used for photon counting. They do, however, suffer from afterpulsing, which is caused by traps originating from damage caused by an implantation in the fabrication process.     

Actively recharged single photon counting avalanche photodiode integrated in an industrial CMOS process

An actively recharged single photon counting avalanche photodiode (SPAD) is integrated in a conventional CMOS process. A fast recharge through a low impedance path leads to a dead time lower than 10 ns. This outstanding feature allows one to work with pulse repetition rate up to 100 MHz in time correlated single photon counting based experiments. Biased 2.5 V above its breakdown voltage, the 30 μm² sensitive area photodiode has a maximum detection probability of about 20% at λ=440 nm and up to 5% in the visible part of the spectrum. At this bias condition, the dark count rate is as low as 60 Hz at room temperature, making a cooling of the microsystem unnecessary. The AR-SPAD exhibits no afterpulsing phenomenon revealing the maturity of the CMOS process used. The timing resolution of the AR-SPAD is less than 50 ps. For applications where the photons can be focused on the detector with an objective, the AR-SPAD is highly competitive with commercially available single photon counter. Furthermore, CMOS integration opens the way to arrays fabrication as well as co-integration of additional functions to develop smart optical sensors.     

基于多层前馈神经网络的航天器在线故障检测系统设计

航天器在故障定位过程中易受原始电源信号的干扰,导致识别效果较差,为了解决该问题,提出了基于多层前馈神经网络的航天器在线故障检测系统设计。根据航天器在线故障检测原理及物联网技术设计系统总体架构,并分别对硬件部分及软件部分进行设计。硬件部分结合工业标准?PC组件,设计PXI机箱结构,完成对PXI测量模块的控制,利用MXI-4接口工具实现远程遥控,解决干扰信号对系统定位识别干扰。设计FPGA的EP3C10芯片外围结构,确定电路板主、子适配器管脚连接方式,利用2个高速?AD转换器差分采样,通过?FIFO存储采样结果。通过电子负载板继电器控制模块,控制信号阻断性能。构建基于多层前馈神经网络识别模型,依据确定性逻辑推理规则得出识别门限值,依据阈值设定具体识别流程,判断则判定参数有故障,完成系统设计。实验结果表明,该系统信号阻断效果优异,在距离为2和6 m时达到最大信号幅值0.9,故障模式的检测结果与理想结果一致,能够为航天器稳定运行提供设备支持。     

反射内存网络集线器驱动控制系统设计

当前驱动控制多采用人工操作检测仪方式,存在控制误差大、能耗高、微弱驱动信号检测效果不理想等问题,对反射内存网络集线器驱动控制系统进行设计,有效解决上述问题。根据驱动控制功能需求,制定驱动控制系统整体结构,改进电源单元、信息处理单元等系统硬件部分,对软件部分的驱动控制功能进行优化开发,完成反射内存网络集线器驱动控制系统的设计。实验结果表明,该系统控制误差小,运行能耗低,微弱驱动信号检测精度高。     

500-fps face tracking system

In this paper, we propose a high-speed vision system that can be applied to real-time face tracking at 500 fps using GPU acceleration of a boosting-based face tracking algorithm. By assuming a small image displacement between frames, which is a property of high-frame rate vision, we develop an improved boosting-based face tracking algorithm for fast face tracking by enhancing the Viola–Jones face detector. In the improved algorithm, face detection can be efficiently accelerated by reducing the number of window searches for Haar-like features, and the tracked face pattern can be localized pixel-wise even when the window is sparsely scanned for a larger face pattern by introducing skin color extraction in the boosting-based face detector. The improved boosting-based face tracking algorithm is implemented on a GPU-based high-speed vision platform, and face tracking can be executed in real time at 500 fps for an 8-bit color image of 512 × 512 pixels. In order to verify the effectiveness of the developed face tracking system, we install it on a two-axis mechanical active vision system and perform several experiments for tracking face patterns.     

嵌入式DSP冷轧带钢板形信号处理系统研制

针对冷轧带钢在线板形检测问题,基于整辊镶块式板形仪,研制了嵌入式DSP板形信号处理软硬件系统.利用高速DSP技术、信号隔离屏蔽技术和动态信号补偿算法等,提高板形检测信号的稳定性和可靠性,实现了冷轧带钢原始板形信号的实时高速处理,使其准确反映真实的冷轧带钢在线板形状况,为冷轧带钢在线板形闭环控制提供科学依据.该系统应用于...     

基于并行干扰抵消的5G通信信道传输控制系统设计

为解决5G通信信号的连接超时问题,使其在单帧、多帧、连续帧情况下,均能呈现出较为流畅的传输状态,设计基于并行干扰抵消的5G通信信道传输控制系统;联合主电源模块与通信信号采集模块,并将输出控制结构、数据处理结构接入电源平台的既定控制节点之中,完成5G通信信道传输控制系统的功能方案设计;在此基础上,分析5G通信信道内的信号传输环境,通过设置并行干扰抵消检测器的方式,得到残余多址信息的表达结果,完成基于并行干扰抵消的5G通信信道配置;根据干扰方差计算表达式,确定5G通信信号的传输误码率水平,实现对系统控制指令的分析与研究,结合相关硬件设备结构,完成基于并行干扰抵消的5G通信信道传输控制系统设计;实验结果显示,与动态无线控制系统相比,在并行干扰抵消算法作用下,5G通信信号在单帧、多帧、连续帧情况下的连接时长均能得到较好控制,这对于信号参量的流畅传输能够起到一定的促进性影响作用。     

基于中间节点预测的卫星光通信精确跟踪控制系统设计

针对现有卫星光通信跟踪控制系统存在光通信信号数据分割误差大,跟踪控制精度降低的问题,提出基于中间节点预测的卫星光通信精确跟踪控制系统设计;采用DPS嵌入式技术构建基于中间节点预测数据处理的硬件平台,利用MCU作为中间节点预测数据的指挥调度单元;将CDD光学传感器应用于光通信光谱信号特征采集单元;通过STM32F103RBT6主控对CDD光学传感器的高精度光通信光谱特征信号处理;通过73M2901CE-IGV/F跟踪信号精度调制IC完成对高精度跟踪信号的控制调节;对设计系统控制精度的多场景进行测试;数据表明,设计系统能够支持光通信信号强度大于32％小于50％的条件下,保持通信跟踪控制指标为0.92,最大化接近标准指标量1,在600个测试数据量下,所设计系统的检测耗时为1.2s,说明所设计跟踪控制的精度较高,控制耗时较短,满足光通信实际跟踪控制系统的应用要求.