基于TDLAS的甲烷遥测技术

主要研究了基于TDLAS（可调谐二极管激光吸收光谱）的甲烷气体浓度遥测技术。对其工作原理、系统构成进行分析,重点研究系统光学部分设计,以提高系统的接收效率。实验证明能够达到利用漫反射光线高速高精度检测甲烷气体浓度的目的。     

脉冲式激光测距体制设备动态距离模拟器的研究设计

地面检测星载激光测距体制设备的性能时,需要提供稳定且随机可调的高精度仿真距离光脉冲,于是提出了动态距离模拟技术。设计了一套集激光接收、延迟控制、高精度信号延迟、激光器等单元于一体的动态距离模拟系统,模拟高精度的动态距离信息。实验证明,该系统的最小模拟距离达到15 m,模拟精度优于0.15 m,可以满足目前各种星载激光测距体制设备地面检测的要求。     

BD2/GPS高精度同步时钟装置的设计与应用

针对CCD(Charge Coupled Device)相机在探测脉冲激光光斑过程中曝光时刻与脉冲激光同步的问题, 提出一种利用超前预测方式同步触发CCD相机抓拍光斑图像的高精度时钟源设计方案。该装置主要采用北斗2导航系统(BD2： BeiDou2 navigation satellite system)/全球定位系统(GPS： Global Positioning System), 双模接收单元提供的协调世界时(UTC： Universal Time Coordinated）时间以及高精度秒脉冲（PPS： One-Pulse Per -Second）时间基准作为同步时钟装置的基准源, 并结合现场可编程门阵列(FPGA： Field Programmable Gate Array)高速时序计算与微控制单元接口技术, 保证CCD相机同步抓拍时间, 从而完成高精度的同步触发。实验表明, 该装置可以提供微秒级时间同步精度和标准授时信息, 有效地缩短了CCD相机曝光时间, 得到完整清晰的高信噪比脉冲激光光斑图像。     

面向光通信应用的CMOS 28 Gbps低功耗高抖动容限CDR电路设计

为了解决光模块中高功耗芯片恶化激光调制器性能，以及解决收发端时钟基准偏差导致误码率高的问题，设计了一款低功耗高抖动容限的时钟数据恢复电路（CDR）。通过采用压控振荡器（VCO）型全速时钟的CDR系统架构和电感峰化的时钟缓冲技术，降低了CDR芯片的功耗；通过在CDR积分通路中引入零点补偿电阻，提高了CDR的抖动容限。该CDR采用CMOS 65 nm工艺设计和1.1 V电源供电，后端仿真结果表明：当CDR电路工作在28 Gbps时，功耗是2.18 pJ/bit，能容忍的固定频差是5 000 ppm，恢复时钟的抖动峰峰值是5.6 ps，抖动容限达到了设计指标，且满足CIE-25/28G协议规范。     

一种应用于脉冲激光测距系统的宽动态-高速接收电路

为提高脉冲激光测距系统的测距精度,采取对APD偏压和放大器增益双重控制的方法设计了一种用于脉冲激光测距系统中的接收电路。模拟仿真结果表明,此电路能接收80 dB宽动态范围的回波功率,实现了0.5~2 V的有效电压输出,仿真得到此电路的有效带宽为58 MHz。测试结果表明此设计有效可行。     

射频拉远系统中的时钟同步技术

针对射频拉远系统中基带控制部分和射频拉远单元之间的时钟漂移问题,提出了一种利用锁相环进行时钟同步的技术.该技术利用锁相环的特点,通过跟踪时钟漂移并对时钟信号进行预补偿来达到抵消时钟漂移的目的.分析了漂移的产生和影响以及补偿方案的可行性,设计并制作了集成在一块4层印刷电路板中的时钟同步模块.测试结果表明:加入时钟同步模块的时钟信号频率稳定度可达到1×10-12,较之无同步模块提高了4个数量级;对于10,km和100,km单程光纤链路,该方案能达到同样的效果.可见,采用该技术可以在较大的动态范围内补偿时钟漂移,从而提高时钟信号的频率稳定度.     

轻小型光子计数激光测距技术

为实现轻小型光子计数测距仪,利用905nm激光二极管（LD）以及硅基单光子探测器（SPAD）搭建了试验系统,通过外场测距试验研究了905nm激光二极管用于光子计数测距的测距性能。结果表明：905nm激光二极管由于其具有体积小、功率高的特点,同时硅基单光子探测器在905nm波段具有较高的响应率,基于以上两点,通过激光二极管以及小口径的接收望远镜能够实现远距离的光子计数激光测距。可见,激光二极管适合作为轻小型光子计数激光测距仪的光源,降低了系统的体积,有利于提高测距系统的集成度。     

基于调频测相的激光引信测距方法研究

为提高激光引信测距精度和实时性并降低系统实现难度,提出了一种基于调频测相的激光测距方法,该方法采用正弦调频+相位测距的方式实现测距. 重点分析了调频测相激光测距原理,指出了影响测距精度的主要因素. 提出采用基于Hilbert变换的相位差测量方法可提高测相精度,并进行了相关的仿真验证. 仿真结果表明,在信噪比为14 dB的情况下测距精度优于0.1 m,且有较强的测距实时性,此方法可用于激光近炸引信.     

一种基于Linux系统改进实时性的研究

针对Linux在实时性的先天缺陷,本文通过对Linux系统实时性不强原因的分析,提出采用动态优先权调度算法及单次触发方式对其实时性能进行改进,利用回馈和设定阈值法解决系统中进程调换频率过高致使实时性能下降问题。采用单次触发方式实现对系统的时钟粒度细化。实验测试结果表明,改进后Linux实时性得到提高,达到了预想效果。     

光子计数激光测距技术研究

光子计数激光雷达采用了灵敏度极高的单光子探测器,能够将激光雷达系统的灵敏度提高2—3个数量级,具有极大的发展潜力和技术优势。介绍和分析了光子计数激光测距技术的基本原理和优点。设计了光子计数激光雷达实验系统,采用盖革模式的雪崩二极管(Geiger-mode APD),开展了测距验证实验。实验结果表明,采用光子计数激光测距能够在单光子灵敏度和强噪声背景条件下,获取目标的距离信息,距离测量精度达到6.23 cm。     

利用回波模拟对激光测距精度检验系统的设计

为解决激光测距在实际测量中受外部因素而导致结果不准确的问题, 设计了一种回波模拟系统对实测结 果进行检验。 测距系统向回波系统发射一束窄脉宽激光, PIN(Positive Input Negative)对激光采集和光电转换, 将转换完成的电信号发送至 FPGA(Field-Programmable Gate Array)中, FPGA 通过内置 PLL(Phase Locked Loop) 对电信号进行 15 倍频操作和高精度延时。 激光驱动部分利用 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)管开关性质产生窄脉冲信号, 对激光器进行调制模拟实际测量中的回波激光,最后在测距系统中得 出模拟结果。 通过对同一距离和不同距离的多次测量结果表明, 系统稳定性较高, 精度达到 0. 17 m, 误差为 0. 03 m。     

光栅衍射型激光告警的探测技术研究

为了能够使近红外探测器快速获取来袭激光的二维方位角、波长,提出了一种基于FPGA架构的驱动控制技术。上位机为了能够方便、快捷的控制探测器,采用VC++编写的上位机通过USB传输到FPGA,再通过FPGA将相应的命令发送给探测器,对它的工作方式增益、带宽、积分时间进行灵活的配置;FPGA相应的控制探测器的帧频、行频以及数据配置引脚使探测器能够输出有效的数据,然后通过USB上传到VC++上位机对有效的数据进行采集显示。利用此方法对波长为850nm的激光从不同的方位角进行入射,用编写的VC++上位机成像软件进行数据采集处理,对采集到的图片进行分析,依据光斑强度确定零级、一级,推算出来袭激光方位角、波长,实验表明波长分辨率小于10nm,角度分辨率小于。     

基于FPGA和双端口RAM的DDS任意波形发生器的实现

介绍了一种基于FPGA和双端口RAM的DDS任意波形发生器的实现方法。该系统使用单片机作为主控器,完成用户接口的处理和协调控制的功能,FPGA在实现了DDS中的累加器的功能的同时也集成了单片机的外围接口电路,双口RAM的引入使得在单片机向其写入数据的同时,FPGA可进行扫描输出,加快了系统速度。同时给出了在Proteus和Matlab下的仿真结果。     

一种用于FPGA的单粒子翻转试验系统设计研究

单粒子翻转(SEU)试验是测试FPGA芯片抗单粒子翻转性能的重要方法.提出了一种用于测试FPGA芯片抗单粒子翻转性能的试验系统;该系统通过比对待测FPGA芯片输出数据序列和正确数据来判断是否发生数据翻转.如果发生数据翻转,则进一步统计翻转次数和翻转性质,从而能够较全面的测试FPGA芯片的抗单粒子翻转性能.运用该试验系统对某款FPGA芯片进行了单粒子翻转试验,测试结果显示该试验系统能够正确评估被测芯片的抗单粒子翻转性能.     

基于FPGA直接数字频率合成器DDS的设计

本文利用FPGA器件实现了DDS系统中的关键部分DDS核,所设计的DDS核,由相位累加器和波形数据表组成,可以实现产生任意波形。FPGA器件作为系统控制的核心,其灵活的现场可更改性,可再配置能力,对系统的各种改进非常方便,在不更改硬件电路的基础上进一步提高系统的性能。     

基于FPGA的多路音频采集与接口系统设计与实现

在音频数据采集系统中,一般采用专用设计芯片实现,功能单一,且采集能力受限,接口模式固定。本文提出了一种多路音频数据采集和接口功能设计方案,借助FPGA设计技术对并行输入的4路16 k采样、8 bit精度的音频数据进行实时采样、缓冲,并且通过目前应用很广泛的McBSP数据接口输出,最终通过ModelSim软件进行系统仿真,调试并验证了该方案。所设计的系统是基于FPGA架构的模块化设计,具有很好的实时性和稳定性,层次清晰,便于修改和扩展,具有较好的工程应用和参考价值。     

FPGA在激光一维位移测量系统中的应用研究

针对目前结构健康监测中对一维位移测量系统的要求 ,讨论了利用 FPGA器件实现一维激光位移测量系统硬件处理核心电路 ,将传感器驱动、光斑中心位置计算及计算机接口集成到一个芯片中 ,实现了测量速度的提高和系统的小型化 ,从而满足了位移测量中现场动态测量需要     

可重构三维激光彩色扫描仪

针对原三维激光扫描系统3DLCS存在的问题,研制了基于FPGA的可重构实时三维激光彩色扫描仪.介绍了系统基本测量原理和系统总体构成,设计了基于FPGA处理器的硬件系统结构,并阐述了其工作原理.由FPGA处理器完成提取图像中激光带中心线、人头轮廓线和中心颜色线等算法.对三维重建有用信息经计算机接口送入主机,在主机上进行三维重建和三维构型.描述了系统数据处理流程和关键算法.系统可以实时地获取目标的三维和色彩信息,并在计算机上重建和显示立体三维图形.列出了实验结果.采用FPGA专用集成电路和主从式系统结构,大大提高了物体三维信息获取的速度,显著的改进了整个系统的性能,降低了产品成本.     

基于FPGA电力系统谐波检测

针对目前电力系统谐波检测方法都存在的一定的缺点与不足,分析了各种检测方法的利弊,提出了一种基于FPGA电力系统谐波检测的新方法,结合FFT谐波检测理论的特点,通过理论分析和硬件电路设计,实现了FFT算法的高测量精度检测.采用MATLAB的SimPowerSystems和Simulink模块对系统进行建模仿真,结果表明:该电力系统谐波检测的新方法,达到了高速度、高精度的算法要求,提高了系统的实时性,完全可以达到抑制谐波的目的,实验系统电流的谐波总畸变率由有源滤波器投入前的20.78%降至1.32%.     

SAR实时成像系统的快速定点仿真验证技术

SAR实时成像处理系统的定点化优化能够减小系统存储规模、提高系统运算速度,是降低系统功耗、减小系统规模、提高实时性的有效方法.本文以CS成像算法为例,分析并统计了算法的运算量,针对其核心运算--FFT进行了定点化优化,选择基-22FFT算法,设计了合理的定标策略.采用SystemC语言对整个SAR成像系统进行了系统级快速仿真和验证,真实模拟了FPGA系统的实现结果.对16 384×16 384大小的点阵数据和面目标数据采用24 bits的字长进行了成像仿真,仿真结果满足系统指标要求.