APD线阵激光雷达多路飞行时间并行测量系统研究

论文设计并实现了8路高精度时间间隔并行测量系统,解决了1×8APD线阵激光雷达同时测量8路激光回波飞行时间的问题。系统硬件由计时板和控制板组成,具有互换性和扩展性;计时板包含1片可测量8路激光飞行时间的TDC-GPX芯片;控制板包含1片ARM STM32处理器,用于配置TDC-GPX芯片、读取测量数据、并上传数据至PC机。系统软件采用事件驱动模式编程,并融合了循环FIFO数据结构与中断技术。由测距实验及数据分析表明：该系统稳定可靠,不同通道距离测量一致性误差小于2ns。     

用于非扫描3D激光成像的精密计时电路设计

针对目前带读出电路(ROIC)的APD阵列国内还缺乏产品的问题,设计采用一种高精度数字时间转换芯片(TDC-GP21)来测量激光脉冲在空中的飞行时间,从而得到目标的距离信息,实现高分辨率的距离图像. 利用FPGA控制时间数字转换芯片设计了非扫描3D激光成像的精密计时电路,进行了程序仿真与实验. 仿真结果表明设计的精密计时电路能够呈现出目标的距离图像.      

基于OOK体制的激光统一测控系统设计与实现

激光统一测控系统采用激光链路同时实现高速通信、高精度测距和时钟同步.为了实现激光统一测控系统,根据异步应答测距方法,设计研制了基于OOK体制的激光统一测控系统原理样机,样机包含两套激光模拟终端,分别向对方发送包含测量数据帧的激光调制信号,并记录发送测量数据帧和接收测量数据帧的本地钟时间,据此计算得到距离、钟差、相对频差的测量结果.样机有线对接试验表明,在码率为2.5 Gbit/s的双向激光通信条件下,测距随机误差为6.2 mm,测距系统误差为1.3 mm,钟差测量随机误差为27 ps,相对频差测量随机误差为2.7×10-13.该样机为激光统一测控设备的研制和应用提供了技术支撑.      

基于单片机的多功能计时器设计

本文介绍了以STC89C52单片机为控制器,使用实时时钟芯片DS1302和数字温度传感器DS18B20构成了一个多功能的计时系统。该系统包括单片机最小系统板、计时模块、LCD显示模块、温度测量模块、语音报时模块、键盘控制模块。本文详细介绍了整个系统的硬件组成结构、工作原理和系统的软件程序设计。软件程序采用C语言编写,便于移植与升级。     

八通道高分辨飞行时间谱仪系统研制

核脉冲信号的时间谱是粒子物理与原子核物理等研究领域所需获取的基本实验信息.在惯性约束聚变（ICF, Inertial Confinement Fusion）中子能谱分布的测量中要求时间分辨谱仪具有多通道同时测量的功能.为此, 研制了一套八通道高分辨飞行时间谱仪系统.该系统采用恒比定时方法进行时间检出;ACAM公司生产的TDC GP2时间测量芯片作为时间测量的核心部件;可编程逻辑器件（FPGA, Field Programmable Gate Array）通过串行外围接口（SPI, Serial Peripheral Interface）控制4片TDC GP2芯片实现了八通道时间间隔测量.使用信号发生器对系统进行了时间分辨能力的测试和标定研究, 其电子学时间分辨率可达60ps.     

多路高速互连信息处理系统及其FPGA实现

针对复杂嵌入式计算领域对多通道数据传输的速率和规模需求越来越高,给出了一款基于VPX的多路高速互连信息处理系统的整体原理设计;该系统的核心组件有3片FPGA、1片PPC和1片SRIO,为了实现板内外多路10 Gbps高速信号通信,利用高性能FPGA的大量高速收发器,进行了合理的功能设计、GTH时钟设计和主机端加载设计;最后FPGA板内板间GTH测试表明,该系统很好地实现了板间96路10 Gbps高速数据信号接收、56路10 Gbps高速数据信号发送、12路10 Gbps高速数据光信号发送、板内32路10 Gbps高速数据信号互连;该系统具有高集成度、高带宽、高速率等特点,经实验测试,其性能稳定,具有良好的实践效果。     

超高速微小碎片激光测速系统研制及应用

地面超高速模拟实验是研究微小空间碎片撞击效应经济有效的手段,其中等离子体加速器为微米量级碎片的主要地面模拟设备.本文研制了在等离子体驱动微小碎片加速器系统并应用于高速飞行微粒速度测量的激光测速系统.该激光测速系统工作原理是.利用主动激光照明,在颗粒飞行路径上形成光墙,通过检测颗粒通过光墙形成的散射激光,得到微粒到达光墙的时间,利用飞行时间法进行高速微粒速度测量.在激光测速系统原理测试实验中,采用信号响应上升时间小于10 ns,电子渡越时间小于20ns的高灵敏、快响应的光电倍增管,原理试验测得该探测系统的响应时间仅为约70 ns.该响应时间小于速度为15 km/s的颗粒通过3～5mm厚度的片状激光束的理论时间,并验证了该系统灵敏度高、响应时间快的特点,可以满足超高速微粒(8～20 km/s)通过3～5 mm激光墙的时间阈值(约0.1 μs)的需求.目前,激光测速系统已经应用于等离子体加速器发射超高速微粒的试验中,能有效测量等离子体加速器所发射的高速微粒的群速度,对15 km/s及以上速度的超高速颗粒亦能捕捉到有效信号,实现对微粒速度的测量,达到了良好的预期效果.在等离子体微小碎片加速器上开展的超高速撞击试验中,激光测速系统能够实现无损在线速度测量,对等离子体加速器上开展的超高速撞击试验提供了重要帮助.     

液体粘滞系数测量原理分析及仪器研制

介绍了1种基于斯托克斯法测量原理设计的新型液体粘滞系数测量仪。仪器采用激光光电计时装置,提高了计时的准确性,计时结果自动存入单片机,断电存储数据不丢失。设计了小球沿轴线投放装置和小球吸拾器及引导装置,实现了同一直径的小球只需1粒就可多次重复测量,避免了油筒内小球堆积的现象。     

多通道昆虫飞行磨设计

介绍了基于单片机的多通道飞行磨的设计。该设计由悬吊支架、数据采集板两部分组成。数据采集板负责将20路昆虫飞行状态上传到计算机,由计算机进对数据进行坐标显示并生成文本文件。另外温湿度传感器还可对吊飞环境实时监测,使实验者在实验室的条件下研究虫体飞翔能力与周围环境之间的关系。     

使用单片机实现NBA 计时、计分系统

使用一片MCS-51系列的8031芯片设计出一个NBA篮球赛计时、计分系统．系统包括键盘、计时、计分和显示4个子系统．键盘利用扫描方式识别键位，显示采用LED动态显示方式，计时系统采用了指令冗余、软件陷阱和看门狗等抗干扰措施．     

卫星编队飞行的飞秒激光绝对距离测量与高精度控制技术

该报告的内容按编队卫星飞行的星间绝对距离测量与时间统一、编队构型的精确控制两部分独立展开。编队测量方面:完成了星间相对导航、精确定位的方案设计,主要是基于飞秒激光飞行时间的绝对距离测量方法与基于压电偏摆镜的锁相环路实现的。利用由主星发射的三路独立的飞秒激光绝对距离测量获得子星靶标的3个微米精度的绝对信息,其中微米精度是由飞秒激光的高时间分辨本领决定的;利用压电偏摆镜的锁相环路建立了星间自由光通信链路,使得测距激光脉冲能够实时跟踪自由漂浮的子卫星角锥棱镜。给出了基于飞秒激光的相对导航以及基于压电偏摆镜的跟瞄系统锁相环路的设计方案并基于已有条件测试了压电偏摆装置的稳定性,设计了跟瞄与测距系统集成方案,为三路测距与跟瞄、并实现精确定位的实验演示验证打下了基础。实验上,针对小卫星搭载的需求,建立了一台高稳定性、高集成度、全保偏结构的掺铒光纤飞秒激光源,测距、跟瞄与星间时钟统一的工作将主要依赖该飞秒激光源展开。编队控制方面:分析了编队卫星的动力学机理。以近距离航天器相对运动方程为基础,分析了编队飞行的基本特性,分析了不同动力学模型的特点,确立了不同应用场合下动力学模型的选取准则。然后,考虑到微小卫星质量与载荷限制导致携带燃料有限,而编队初始化是个能耗较大的变轨过程,基于Gauss伪谱法为编队初始化过程设计了最优轨迹。最后,研究了卫星编队构型保持控制问题。首先确定了主从式的卫星编队协同控制结构。在该控制结构下,基于非线性相对轨道模型,分别采用传统滑模控制方法、自适应滑模控制方法设计了构型保持控制器,并对所设计的控制算法进行了仿真验证,验证了所设计控制算法的鲁棒性。     

一种新的基于ARM的数据采集系统设计

给出了一种新的基于ARM的数据采集系统硬件和软件设计方案.硬件主要由微处理器芯片S3C44BOX、USB接口芯片ISP1362、AD转换芯片AD7829等构成.系统能实现8路同时采集,单路采集速率100 ksps,且通过设置Device和Host两种模式,可在无PC机的情况下进行数据采样与存储,从而实现了脱机式应用.     

毛细管电泳芯片制备工艺研究

叙述了采用SU-8和PDMS制作毛细管电泳芯片的一种新工艺、新方法，对SU-8的四个工艺参数：前烘温度与时间、后烘温度与时间、曝光时间以及显影时间进行了工艺优化，结果表明使用该方法加工工艺简单，芯片重复性好，成本低，适用于采用激光诱导荧光检测法进行检测，并在制备的毛细管电泳芯片上实现了不同长度DNA片段的快速有效分离．     

四旋翼飞行器串级PID控制设计与实现

针对四旋翼飞行器姿态与高度控制问题进行了分析,设计了串级PID姿态和高度控制器。以功能强大的STM32F407芯片作处理器,由MPU6050测量模块、磁力计、气压计和超声波模块进行姿态角度的检测与高度测量,结合四元数姿态表示方法,以多种传感器数据进行姿态解算,提高了测量精度;姿态与高度控制都使用串级控制算法,由于增加了内环角速度和高度速度的控制,提高了系统的抗干扰能力。最后根据MATLAB仿真对比实验和飞行实验平台验证,结果表明,所设计的控制器不仅提高了系统的抗干扰能力而且提高了系统的控制精度,具有较好的飞行控制效果。     

FPGA+SRIO+VPX架构的多路高速互连信息处理系统实现

针对国防、军工等领域对数据带宽、传输速率、通道数量和数据运算处理速度等要求不断提高的现状,设计了高集成度的复合架构的多路高速互连信息处理系统;该系统利用多片FPGA的GHT高速接口用于接口连接与信息处理,采用SRIO交换技术用于板内外高速互连,通过VPX接口与系统组成数据传输网络,以实现数据传输和处理的高效结合;还进行了系统软件架构试,表明该系统在6U尺寸内实现了板间96路10 Gbps高速数据信号接收、56路10 Gbps高速数据信号发送、12路10 Gbps高速数据光信号发送,板内32路10 Gbps高速数据信号互连;系统10 Gbps多路数据传输通路能满足军工级苛刻环境应用要求,其多路10 Gbps数据传输能力在国内军工模块电路中处于国内领先、国际先进水平。     

一种基于多摄像头的大场景远程实时监控系统

为了满足对大场景进行监控的需求,设计了一种基于多摄像头的远程实时监控系统.系统主要由视频采集、网络传输、远程图像拼接与显示3个部分组成.视频采集部分以FPGA为处理器,通过控制TW2867视频解码芯片实现4路视频同时采集;网络传输部分通过控制千兆以太网收发芯片RTL8211EG,并采用UDP协议实现了视频数据到上位机的高速传输;上位机接收多摄像头数据后,使用OpenCV及GPU完成了图像的快速拼接和显示.采用千兆交换机构建了8个摄像头的大场景远程实时监控系统,测试结果表明:系统视频传输速率可达912 M B;初始化完成后,全景图像拼接时间只需0.38 s;视频刷新速度可以达到15帧/s.所设计的系统可以扩展连接更多的摄像头,满足了更大场景拼接的需求.     

基于MSP430单片机的多路水表采集与远传系统

研制了以MSP430F4152单片机为核心的水表采集和远传系统。实现水表用水量的实时采集,存储和远传;用单片机内部FALSH存储器存储数据,实现数据存储和断电情况下数据不丢失;法拉电容作为储备电源,保证在外接电源断电后一定时间内系统的水量采集功能正常工作;使用TA6932芯片驱动8位数码管进行多路路水表水量信息的轮流显示;采用RS-485总线和网络转换器(NETCOM-10)把水量数据转换成TCP/IP协议后上传至局域网.     

基于三维激光路面轮廓调查系统及应用

路面轮廓包含道路质量评定的多种信息,其中路面车辙是衡量路面状况的重要指标。现行人工检测和目前基于点激光或线激光测量设备存在局限性。基于三维激光设备,研究并开发了一种路面轮廓调查系统。设计了一种全新的车载设备布置架构,采用高精度三维数据生成路面轮廓信息并连续计算路面车辙。采用边缘算法对车道区域外数据进行剔除,通过对横断面数据预处理提高数据稳定性,基于移动参考线逼近的方法提取车辙深度信息。将高精度数据进行可视化处理,直观展示路面数据信息。 通过静态实验验证激光精度,测量误差基本小于±0.3 mm。系统在自然行驶的条件下获取路面轮廓数据,以车辙数据为例,并将数据与人工测量数据进行对比。实验表明,测量车辙最大深度与人工检测结果相关系数为0.97,不同车速下系统表现出极高的鲁棒性,产生准确的路面轮廓数据,可作为高速真实三维路面测量工具。     

基于结构光立体视觉的激光再制造工件的测量

为了实现激光再制造工件的快速准确测量,提出了1套与激光再制造机器人耦合的视觉系统.该视觉系统由2个摄像机、1个激光投射器和计算机组成.摄像机和激光投射器组成扫描测头,由6自由度机器人手持实现多视角扫描.并自动完成数据拼接,消除‘死角'.首先,通过MATLAB编程完成系统标定,分别标定出单目摄像机内外参数矩阵,双目相机关...     

数据融合技术在车辆动态称重系统中的应用

为了提高车辆动态称重的抗干扰能力,设计了包含压力传感器和加速度传感器的称重板,并依据此系统的结构和特点,提出了三种数据融合计算方法:同一传感器多测量周期的数据融合、同类传感器的多传感器数据融合和异类传感器数据融合,以保证参数检测的可靠性和准确性。试验证明,该系统的测量精度较高,并能满足系统的实时性要求。