基于FPGA高速浮点控制算法的设计架构与应用

为满足控制系统对高速处理、高精度运算的需求,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速浮点控制算法的设计架构。利用System Generator工具设计浮点控制算法并生成其IP核;VHDL编写模/数(A/D)、数/模(D/A)转换芯片的驱动逻辑;而后顶层中按照时序逻辑关系连接各模块;最终在FPGA中实现硬件控制。将算法设计架构应用在快速反射镜的闭环控制中,实验结果表明:单精度浮点格式的PID算法执行时间为2~3个采样周期,整个控制算法最快执行仅需10个时钟周期,闭环控制周期为6.55μs。实验验证了提出的算法设计架构具有可行性;该架构设计的控制器具有高速的处理性能和高精度的控制效果。

一种液晶相位调制特性的测量方法

提出一种基于衍射光栅的液晶相位调制特性测量方法.该方法利用液晶构建相位分别为0和φ的二值光栅,通过傅里叶光学的方法推导衍射光栅第0级衍射光斑光强和调制相位φ之间的关系,然后实测光强和液晶驱动电压之间的对应关系来得到相位和液晶驱动电压之间的对应关系,即液晶相位光栅的相位调制特性.最后利用测量相位调制特性结果构建液晶相控阵,用光束偏转误差验证调制特性测量结果,相位测量误差小于1×10^(-3)rad.

基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法研究

针对闪耀光栅模型光束偏转角度数量分布有限的缺点,提出一种基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法。该方法控制液晶电极间相位差,通过改变液晶电极间相位差控制出射光波束方向。使用傅里叶光学方法推导该模型最大偏转角度、光束偏转角度与电极间调制相位关系以及衍射效率和偏转角度的关系。实验证明该方法可实现任意分辨角的光波束扫描,在0.15°光束扫描范围内实现优于20μrad的连续光束偏转。

FPGA在OSD中的应用

根据现有视频叠加设备不能图文并茂的现状,提出一种基于FPGA的数字叠加新方法,对该方法原理进行分析,并给出仿真以后FPGA内部结构和实验结果,验证了该方法的有效性和可靠性。

光电经纬仪与雷达联合脱靶量测量方法

为实现基于单台光电经纬仪的脱靶量测量,利用多频连续波雷达测量数据,提出了一种光电经纬仪和雷达联合脱靶量测量方法。首先,建立了基于经纬仪与雷达联合的脱靶量计算模型。然后,分析了受测量误差影响的脱靶量测量精度。最后,给出了典型情况下的脱靶量仿真结果。仿真表明:设备系统误差可以基本相互抵消,测量精度与光电雷一体化测量系统相当。

高分辨航拍相机实时图像存储系统的关键技术

简要分析了DSP+FPGA+FLASH实时图像处理系统的特点和优越性,并结合高分辨率航拍数码相机的实例,介绍了用于图像实时存储系统的设计;提出了系统设计中需要注意的全局时钟和数据交互等几个关键性问题,结合实际工作给出了具体的分析和解决方案。

大气层外飞行器脱靶量的光学测量

为了提高大气层外飞行器脱靶量的光学测量精度,提出了一种基于多测站同帧画幅数据的脱靶量处理算法。首先给出了光学测量脱靶量的基本原理;其次分析了各种角度误差对大气层外飞行器脱靶量测量的影响;然后建立了基于多测站同帧画幅数据的节省参数算法,并进行了脱靶量精度分析;最后给出了典型情况下的仿真结果。仿真结果表明:对大气层外飞行器脱靶量进行光学测量,必须修正CCD曝光时延误差和焦距误差,通过充分利用多测站冗余同帧画幅数据可以提高脱靶量测量精度。

光测系统误差的轨道约束自校准

为提高高空、远距离条件下的光测交汇精度,需要对光测数据的系统误差进行精确修正,利用高空飞行器被动段的轨道特性和多测站冗余观测数据,可以进行轨道约束自校准。首先分析了光测数据系统误差模型和坐标转换关系;然后建立了基于轨道约束的光测数据系统误差自校准算法。最后为验证方法的有效性,进行了典型条件下的仿真试验。仿真结果表明,当采用多台光电经纬仪的冗余观测数据进行事后处理时,利用轨道约束自校准技术,可以实现光测数据系统误差的精确自校准。

基于光测数据的椭圆轨道落点预测方法

为提高椭圆轨道落点预测精度,提出了基于光测数据的落点预测方法。首先介绍了椭圆轨道运动的约束条件,然后建立了基于轨道约束自校准技术的落点预测算法模型,最后给出了典型情况下的落点预测仿真结果。仿真结果表明:采用光测数据进行椭圆轨道的落点预测是可行的,通过轨道约束自校准技术可以对光测设备系统误差进行高精度校准,提高了椭圆轨道落点预测精度。

基于PSTN时间认证系统的设计与实现

提出通过公共电话交换网（PSTN）对数字时间戳服务系统进行时间认证的方法。对通过PSTN进行时间同步的特性进行了分析。给出了时间认证系统的电路框图与安全策略；并给出线路传输时间延迟测试结果。经实测，该方法能满足数字时间戳服务系统对电子商务以及电子政务活动提供安全服务的需求。

液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现

针对空间光调制器系统中,液晶在正常驱动电压下响应时间长,拖慢系统响应速度等问题,对影响液晶响应时间的因素、液晶的弛豫特性以及液晶的过驱动原理进行了分析,提出了一种基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)的液晶过驱动方法。其中,相位量化、过驱动表查找、PWM(Pulse Width Modulation)产生均由FPGA完成,该方法不占用CPU(Central Processing Unit)资源,能够更快速响应CPU指令,在硬件方面进一步节省了液晶响应时间。最后搭建实验光路,实验结果表明使用该过驱动方法后,一个调制周期范围内,在5V过驱动电压下,液晶调制相位上升过程响应时间从500ms缩短至35ms;下降过程响应时间从300ms缩短到36ms。实现了液晶分子相位的快速偏转,提高系统的响应速度近一个数量级。

非接触式测温系统的设计及温差校正

为实现人体体温的无接触、快速以及高精度的测量,设计一种带温差校正功能的非接触式测温系统。该系统采用FPGA作为核心处理器,硬件模块主要包括MLX90614红外测温模块、HC-SR04超声波测距模块、PCB报警灯组模块以及无线串口模块。通过Verilog语言实现各硬件模块和不同距离下的温差校正,同时利用无线串口将测温、测距数据实时发送到PC端进行显示。实验结果表明,在距被测物体2~30 cm测温的最大相对误差为-0.98%,在最远距离处最大误差为-0.3℃,误差波动小。

基于EtherCAT的ATP系统架构设计

针对捕获,跟踪与瞄准(acquisition, tracking, pointing, ATP)系统子设备数量增多,对拓扑架构可拓展性要求更高的问题,提出一种基于EtherCAT的ATP系统串行级联架构,以调整系统框架保证数据速率,接入更多设备。实验以快速反射镜(fast steering miorr, FSM)闭环控制系统为平台,将星形拓扑和串行级联拓扑下FSM静态和动态指标作对比,证明了串行级联架构的可行性。数据表明,在保证反馈量刷新周期小于控制量刷新周期的条件下,EtherCAT通信周期为1 ms时,引入EtherCAT的串行级联架构,增/删单个从站对通讯周期的影响在微秒级,FSM静态和动态指标的波动在ms级。验证了将EtherCAT串行级联架构应用于FSM的可行性,为ATP系统实现数据高速率传输提供了一种新的架构方案选择。

一种基于CompactPCI总线控制电路的设计

简要介绍了基于CompactPCI总线的控制电路的硬件结构,并对控制电路接口的硬件设计进行了讨论,提出了设计思路。

驱动电压对向列型液晶调制相位的影响

液晶作为空间光调制器控制系统的核心器件,其向相位调制特性能对液晶器件的驱动设计、特性的分析具有重大作用。根据液晶弹性体理论和动力学方程,通过差分法迭代法计算出外加电压下液晶分子指向矢随位置变化的分布。根据液晶分子指向矢的分布情况和液晶的电控双折射效应,得到向列型液晶调制相位随驱动电压变化关系。仿真得出,在液晶的驱动电压从0~5V的过程中,液晶指向矢可以实现0~4π的调制相位变化。实验结果证明,随着驱动电极电压的变化,液晶0~4π的相位调制,实现了对液晶相位调制相位的测量。

运动估计的空间光通信像差预测技术

空间激光通信系统中,波前校正系统时间延迟引起校正器生成的校正面形与实际的畸变不匹配,最终导致校正滞后误差。针对这一问题,分析大气扰动产生的时序像差模型,提出一种基于运动估计的波前预测补偿技术。在大气冻结模型假设下,采用自适应根模式搜索(ARPS)运动估计算法,根据参考帧与当前帧的畸变光斑图像对下一帧的大气扰动进行估计。仿真结果表明:在50 Hz采样频率下,波长为1550 nm、口径为0.1 m的望远镜系统在10 m/s等效风速时归一化光强图像校正残差从1.24 rad降低到1.17 rad。

圆光栅编码器测角误差源及频谱分析

为提高圆光栅编码器测角精度、满足角秒甚至亚角秒级的精度测量需求,分析了影响其角度测量精度的误差来源,针对性地提出了多读数头读数平均法的补偿方法,进而控制误差源。根据圆光栅测角原理,分析了光栅系统刻化误差、读数头细分误差、光栅安装偏心误差、安装形变误差、轴晃误差等误差来源,从频域的角度分析了各个误差的频谱,根据误差源分析,可采用多读数头读数平均法的补偿方法。实验结果表明,在偏心误差约为15″、光栅形变误差约为1.5″的条件下,采用4读数头平均法实测的测角误差优于0.8″,大幅提高了圆光栅测角精度。

基于液晶光学相控阵的光束扫描研究进展

在空间激光通信领域中,APT(捕获、瞄准、跟踪)技术是核心技术之一,是建立可靠通信链路的重要保证。传统APT技术一般采用机械式转动来实现转向控制,存在体积大、转动惯量大、功耗高等缺点,无法满足空间激光通信轻小化、低功耗等实际要求,因此对非机械式光束扫描技术的研究具有重要意义。与传统APT技术相比,光学相控阵技术具有高扫描精度、随机偏转、稳定性好等优点,是目前非常有潜力的非机械式光束扫描技术之一,其中基于液晶材料的光学相控阵技术发展迅速。简要介绍了光学相控阵用于光束扫描的基本原理,综述了基于液晶材料的光学相控阵研究现状,分析了液晶光学相控阵用于光束扫描过程中的响应速度、偏转效率和偏转精度这3大关键性能指标以及影响因素,对提高关键性能的途径作了简要总结。

可实现二维光束偏转的液晶相控阵模型

针对常用的闪耀光栅模型只能实现一维光束偏转、分布不匀、偏转范围离散的不足,本文提出了一种基于微波相控阵的液晶二维光束偏转模型。该方法通过直接控制电极相位差来改变光束偏转方向。在进行有效精确的光束偏转前,需要对输出量进行线性度和耦合度测试。结果表明该方法具有很好的线性度,二维方向上存在一定的耦合度。接着对二维偏转精度进行了实验,结果表明在2.1 mrad偏转范围内实现了在x方向上优于14的连续偏转,以及在y方向上优于12的连续偏转。最后,本文在一维偏转的基础上,实验并分析了相位图的旋转角度对偏转精度的影响。因为探测器分辨率以及耦合度的影响,提高偏转精度可以通过利用高分辨率的探测器或对解耦技术进行研究。