CCD光靶交汇测量技术及应用研究

论文摘要

线阵CCD交汇光靶测量系统是一种火炮武器射击密集度的测试系统,本文在阐述国内外研究现状的基础上,对CCD光靶测量系统的组成及设计方案进行了分析与研究;在技术路线上,采用理论分析、数值模拟和实验研究的方法对CCD交汇光靶及相关技术开展较为深入的研究,主要研究内容包括:（1）在CCD光靶测量系统中,CCD相机驱动电路的设计是其关键技术之一。根据系统的技术要求,文中选用了DALSA公司生产的高速CCD芯片IL-P3,在分析其驱动时序的基础上,详细阐述了CCD相机驱动电路的设计过程,给出了CCD驱动电路的时序仿真及相关测试波形,实验与仿真有较好的一致性。（2）根据CCD器件的结构及工作原理,文中对CCD的各种噪声及干扰进行了较详细地分析。根据噪声特点,提出了相应的噪声处理技术。在此基础上采用专用CCD视频信号处理芯片AD9840A和CPLD技术设计了CCD视频信号处理电路,并采用LVDS接口技术实现数据传输,不仅解决了数据传输速度和小型化的问题,而且由于减少了各自独立器件,使系统设计和调试的方便性及系统的稳定性都有所提高。（3）对CCD相机组成的交汇测量系统进行了同步控制研究,给出了在外同步触发方式下两相机同步采集动态目标的实验结果。实验表明,两CCD相机在外同步控制下,可以实现对动态目标的同步采集,成像行数的误差主要是两相机的非共面造成的,并对相机的非共面误差进行了研究与分析。（4）研究了坐标测量精度与相机系统各结构参数之间的关系,对光靶的布站方式进行了优化设计,通过计算机仿真得到了交汇测量系统的最佳结构参数。由于影响系统测量精度和目标捕获率的一个共同因素是靶面的光照分布,因此,对CCD光靶靶面的光照问题进行了研究。在分析天空背景亮度和目标光照度的基础上,详细分析了靶面光照对目标捕获率的影响,并给出了相关测试结果,验证了上述理论分析的正确性。（5）将小波变换方法应用于过靶目标图象帧的起始定位,检测实验表明,即使在干扰较大,信号变化缓慢的情况下,仍然能准确地分辨出信号的变化边沿,即能准确定位过靶目标图象的起始帧。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 弹丸立靶坐标测量的主要技术手段
• 1.1.1 声靶
• 1.1.2 多光幕交汇靶
• 1.1.3 CCD光靶
• 1.2 国内外 CCD光靶研究概况
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 选题的背景和意义
• 1.4 本文研究的主要方法及所做的主要工作
• 第2章 CCD交汇光靶测量系统设计
• 2.1 系统的组成及总体方案设计
• 2.1.1 靶面布置与CCD相机安装、对准
• 2.1.2 高速图像数据采集单元
• 2.1.3 着靶图形及坐标显示与记录子系统
• 2.1.4 靶心标校与瞄准装置
• 2.2 CCD相机系统分析
• 2.2.1 图像传感器的选择
• 2.2.2 CCD相机的目标分辨率
• 2.2.3 CCD相机光学系统设计
• 2.3 软件设计
• 2.3.1 软件系统设计原则
• 2.3.2 软件组成
• 第3章 基于IL-P3的CCD相机驱动电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 IL-P3驱动时序发生器的设计
• 3.2.1 IL-P3的主要特点及引脚功能
• 3.2.2 IL-P3驱动时序分析
• 3.2.3 积分时间调节
• 3.2.4 驱动信号参数的确定
• 3.2.5 时序仿真
• 3.3 IL-P3驱动电路模块设计
• 3.3.1 偏置电压电路
• 3.3.2 CR驱动电路
• 3.3.3 TCK驱动电路
• 3.3.4 RST驱动电路
• 3.4 实验测试
• 3.4.1 测试步骤
• 3.4.2 测试过程中的注意事项
• 3.5 本章小结
• 第4章 CCD视频信号处理电路的研究与设计
• 4.1 CCD噪声信号分析
• 4.1.1 CCD器件的固有噪声
• 4.1.2 CCD的输出噪声
• 4.2 CCD噪声处理
• 4.2.1 CCD噪声抑制的主要方法
• 4.2.2 相关双采样技术
• 4.3 基于可变带通滤波技术的CCD噪声处理研究
• 4.3.1 基于可变带通滤波器的采样原理
• 4.3.2 基于可变带通滤波器的噪声算法分析
• 4.3.3 数值仿真与分析
• 4.3.4 实验结果与结论
• 4.4 基于AD9840A的CCD视频信号处理电路设计
• 4.4.1 AD9840A的功能特点
• 4.4.2 CCD信号处理电路的硬件设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 CCD相机的同步控制及光轴不共面误差研究
• 5.1 双 CCD相机同步控制研究
• 5.1.1 CCD相机的内部工作时序
• 5.1.2 CCD相机的外部工作时序
• 5.1.3 CCD相机同步控制方式的选择
• 5.1.4 相机同步控制的硬件实现
• 5.1.5 动态目标同步采集试验
• 5.1.6 误差分析
• 5.2 双 CCD相机不共面误差研究
• 5.2.1 坐标误差计算的数学模型
• 5.2.2 数值计算与分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 CCD交汇光靶测量精度及目标捕获率研究
• 6.1 CCD交汇光靶测量精度分析
• 6.1.1 CCD交汇光靶布站方式与坐标测量原理
• 6.1.2 双CCD交汇靶面坐标测量精度分析
• 6.1.3 实验仿真
• 6.1.4 结论
• 6.2 CCD光靶结构参数的优化设计
• 6.2.1 最优结构参数的条件
• 6.2.2 优化程序设计
• 6.2.3 真结果与分析
• 6.2.4 结论
• 6.3 CCD交汇光靶捕获率分析
• 6.3.1 天空背景亮度的计算
• 6.3.2 目标在CCD像面上的光照度分析
• 6.3.3 目标捕获率的计算
• 6.3.4 试验测试
• 6.3.5 试验结论
• 6.4 本章小结
• 第7章 动态目标过靶检测技术研究
• 7.1 动态目标过靶起始定位研究
• 7.1.1 基于小波变换的过靶目标信号检测
• 7.1.2 过靶目标信号的检测实验
• 7.1.3 结论
• 7.2 基于差分算法的CCD目标图像的识别与检测
• 7.2.1 概述
• 7.2.2 测量目标的提取与识别
• 7.3 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 有待于进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读博士学位期间发表的相关论文