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新型光电对中器信号处理技术的研究

作　者: 马娜
导　师: 胡晓东
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 信号与信息处理
关键词: 光电对中器位置测量信号处理 CCD图像传感器 FPGA VHDL
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 55次
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内容摘要

在武器系统的通常使用条件下,存放导弹的箱体模块在使用吊车转运时,吊具与箱体的对中是通过肉眼简单粗瞄,其精确度及可信度比较低,且需要人工经验,效率低,出现较大偏差时容易发生摆动而产生危险。为此,有必要研制出一种新型光电对中器实现吊具与箱体模块的准确定位、转运。本论文的研究对象是基于FPGA技术及线阵CCD图像传感器的光电对中器,利用线阵CCD和合作目标协同工作进行二维位置测量。论文通过对光电对中器对中原理的简要论述,提出了光学系统及电系统的设计方案,重点分析了硬件电路的数字信号处理部分。设计并实现了以FPGA为核心的嵌入式系统硬件平台,系统采用并行流水线技术,使数据采集、图像预处理、像点精确定位等处理同时进行,无需使用帧缓存,系统工作速度为180帧/秒。利用一片FPGA芯片实现了光电对中器硬件系统几乎所有的数字信号处理功能模块,主要有CCD驱动设计、变积分扫描设计、并行数字滤波设计、重心算法设计、UART串口通信设计等。最后,对新型光电对中器的测量精度进行了实验验证和误差分析。实验结果表明:利用重心算法使系统的X轴测量精度达到0.703mm,Y轴测量精度达到1.265mm,完全符合要求设计的光电对中器的技术指标。基于FPGA的高速信号采集系统设计不但提高了新型光电对中器的可靠性,而且提高了系统的测量精度。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 光电对中器概述及研究背景  7-9
  1.2 课题研究的目的与意义  9-10
  1.3 本课题研究的内容  10
  1.4 小结  10-11
第二章光电对中器的测量原理与组成  11-19
  2.1 光电对中器的测量原理  11-13
  2.2 光电对中器的组成  13-14
  2.3 光学设计  14-18
    2.3.1 靶面及视场的确定  14
    2.3.2 焦距的确定  14-16
    2.3.3 像方视场角  16
    2.3.4 孔径的确定  16-18
  2.4 小结  18-19
第三章电系统设计与实现  19-53
  3.1 电路总体设计  19-22
    3.1.1 位置测量模块  19-20
    3.1.2 位置显示及发送模块  20-21
    3.1.3 光源驱动模块  21-22
  3.2 主要器件选择  22-26
    3.2.1 照明光源的选择  22
    3.2.2 光电传感器的选择  22-23
    3.2.3 信号处理器的选择  23-25
    3.2.4 CPU的选择  25-26
  3.3 硬件电路设计与实现  26-35
    3.3.1 位置测量模块电路设计与实现  26-33
    3.3.2 光源驱动模块电路  33-34
    3.3.3 位置显示及发送电路  34-35
  3.4 基于FPGA的内部功能单元设计与实现  35-52
    3.4.1 CCD驱动发生器设计与实现  36-39
    3.4.2 CCD光积分时间自适应调节单元设计与实现  39-43
    3.4.3 模数转换器驱动与配置设计与实现  43-46
    3.4.4 高斯滤波模块设计与实现  46-48
    3.4.5 重心算法设计与实现  48-49
    3.4.6 UART串口通信设计与实现  49-52
  3.5 小结  52-53
第四章实验与分析  53-62
  4.1 单狭缝精度实验测量  53-55
  4.2 N字精度实验测量  55-58
  4.3 误差分析与测量结论  58-61
  4.4 小结  61-62
第五章结论与展望  62-64
  5.1 论文的研究工作及成果  62
  5.2 展望  62-64
参考文献  64-66
攻读硕士学位期间发表的论文  66-67
致谢  67

新型光电对中器信号处理技术的研究

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