【正文】 進(jìn)方案，同時(shí)對(duì)整個(gè)光電成像跟蹤系統(tǒng)做出展望。 光電成像跟蹤系統(tǒng)組成作為一個(gè)自成體系的測(cè)量跟蹤系統(tǒng)，光電成像跟蹤系統(tǒng)應(yīng)能探測(cè)并跟蹤近距離運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（如：低空或超低空飛行的無(wú)人偵察機(jī)、巡航導(dǎo)彈、高速戰(zhàn)斗機(jī)、武裝直升機(jī)等） ，提供有效的作戰(zhàn)信息——目標(biāo)方位角度、目標(biāo)俯仰角度和目標(biāo)斜徑(距離)等，此外還要提供當(dāng)前角跟蹤誤差，目標(biāo)方位、俯仰角速度等輔助信息以提高實(shí)時(shí)跟蹤精度。目前，常用的光電成像系統(tǒng)的探測(cè)器有兩種：一種是 CCD（電荷耦合）器件；另一種是 CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體）為代表的固體成像器件。因而，只要為 CCD 電視攝像頭輔以合理完善的軟件平臺(tái)，充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，即可構(gòu)成 CCD 圖像識(shí)別系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)者提供一個(gè)直觀、可操作性好的用戶操作平臺(tái)。（2）轉(zhuǎn)角速度伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)工作在速度伺服控制方式，可以按給定速度指令要求伺服調(diào)節(jié)各軸速度。（5）轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)臺(tái)控制器能提供轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)數(shù)值顯示(一般轉(zhuǎn)角指示分辨角為 )。 U 型的外框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣最小，并可相應(yīng)縮小臺(tái)體總體尺寸?！?80176。? 俯仰： 176?；趩纹瑱C(jī)的伺服控制卡采用元件較多，尺寸較大，可靠性較差，控制參數(shù)不易改變。它們均可從硬件一級(jí)完成對(duì)電機(jī)的位置和速度控制，控制精度高，性能可靠。它使用靈活，在用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量大、計(jì)算復(fù)雜、實(shí)時(shí)性要求高的信號(hào)處理任務(wù)時(shí)，與一般微處理器相比，其速度更快、效率更高。 測(cè)角單元測(cè)角單元作為轉(zhuǎn)臺(tái)角位置的測(cè)量及反饋是轉(zhuǎn)臺(tái)隨動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，它在某種程度上決定了系統(tǒng)的性能 [8]。比較光柵、感應(yīng)同步器和碼盤這三種傳感器，其共同特點(diǎn)是：易數(shù)字化，適用于靜、動(dòng)態(tài)測(cè)角，精度較高，信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路復(fù)雜。增量式編碼器的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)小型化，響應(yīng)迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是掉電后容易造成數(shù)據(jù)損失，且有誤差累積現(xiàn)象；絕對(duì)式光電軸角編碼器一般使用二進(jìn)制碼盤，碼盤上的碼道按一定規(guī)律排列，對(duì)應(yīng)每一分辯串區(qū)間有唯一的二進(jìn)制數(shù)，因此在不同的位置，11可輸出不同的數(shù)字代碼。在選擇軸角編碼器時(shí)，要考慮被測(cè)元件的精度，要使它能與被測(cè)元件的精度相匹配，一般編碼器的精度要高于被測(cè)元件的精度。上位機(jī)采用可視化語(yǔ)言（如 VB、VC++ ）容易建立良好的人機(jī)界面，便于用戶實(shí)現(xiàn)向下位機(jī)發(fā)送自檢信息，并在檢測(cè)到故障時(shí)進(jìn)行故障處理，設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)的工作狀態(tài)和工作參數(shù)，向下位機(jī)發(fā)送命令，接收下位機(jī)送回的信息，對(duì)出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警，以及數(shù)據(jù)的采集與處理等工作；基于 DSP 處理器的下位機(jī)是二維轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，它接受上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的指令和數(shù)據(jù)并對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行具體的控制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制算法，比如變速控制、插補(bǔ)（用于兩軸或多軸轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制）等 【11】 ，此外下位機(jī)還要根據(jù)上位機(jī)的命令完成對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)角系統(tǒng)（如：光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等）的實(shí)時(shí)監(jiān)控和測(cè)角數(shù)據(jù)的讀取、處理以及轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)回傳等工作 【10】 。但是 ISA 總線的響應(yīng)速度較慢，并且在多任務(wù)的操作環(huán)境下占用太多的系統(tǒng)資源，這成為限制 ISA 總線發(fā)展的瓶頸。（3）USB 總線。根據(jù)不同的系統(tǒng)要求，可以選用不同的總線擴(kuò)展下位機(jī)控制系統(tǒng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。剩下的 USB 總線和 RS232 串行總線，USB 總線的傳輸速率在 規(guī)范中可以和PCI 總線相比，其開發(fā)周期也相對(duì)較短；RS232 串行總線的傳輸速率較低，但是它的開發(fā)是最容易的。如果用串行同步方式可提高傳輸率，但需在 PC 機(jī)上擴(kuò)展設(shè)備。??? 轉(zhuǎn)臺(tái)控制參數(shù)的計(jì)算在跟蹤系統(tǒng)中，圖像處理單元送出目標(biāo)形心與圖像中心的位移偏差（ 、 ） ，x?y先將其轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)臺(tái)控制參數(shù)( 、 )，其中 為轉(zhuǎn)臺(tái)水平方位角移動(dòng)量， 為轉(zhuǎn)??????臺(tái)俯仰角移動(dòng)量?，F(xiàn)以水平方向?yàn)槔?，說(shuō)明圖像坐標(biāo)系平移 與轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。下面以水平方向?yàn)槔齺?lái)說(shuō)明： （）/xxtw???式中， 是水平方位角移動(dòng)量， 是水平旋轉(zhuǎn)角速度， 是目標(biāo)在水平方向回到視?? xt場(chǎng)中心所需要的時(shí)間，由上式可知，根據(jù)水平方位角移動(dòng)量和水平旋轉(zhuǎn)角速度得出其相應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間，當(dāng) 過(guò)大、 相對(duì)過(guò)小時(shí)，電機(jī)在水平方向運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，??x靈敏度差，反應(yīng)太慢，跟不上目標(biāo)；當(dāng) 過(guò)大、 相對(duì)過(guò)大，這樣得出的時(shí)間很小，xw造成轉(zhuǎn)臺(tái)反應(yīng)過(guò)于靈敏，抖動(dòng)性過(guò)大，目標(biāo)就不能準(zhǔn)確的回到視場(chǎng)中心。本文轉(zhuǎn)臺(tái)自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。即：當(dāng)目標(biāo)形心坐標(biāo)與視場(chǎng)中心坐標(biāo)之差在某一設(shè)定值之內(nèi)時(shí)，此時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)只需微調(diào)，使得形心坐標(biāo)和視場(chǎng)中心坐標(biāo)重合，轉(zhuǎn)臺(tái)以水平旋轉(zhuǎn)初速度 和垂直初速度 向視場(chǎng)中心移動(dòng)。 DSP 選型及 TMS320LF2407 簡(jiǎn)介 DSP 選型在光電成像跟蹤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，處理器件接受高層控制級(jí)的指令，計(jì)算和輸出控制信號(hào)，監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，因此系統(tǒng)要求處理器具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力、較短的運(yùn)行周期及高度可靠的性能。 TMS320LF2407A 簡(jiǎn)介TMS320LF2407A 是一種高性能的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)、高速處理能力、改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)(程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有各自的總線)、多級(jí)流水線、靈活方便的接口、集成片內(nèi)外設(shè)、片內(nèi)存儲(chǔ)器等優(yōu)點(diǎn) [16]。 基于 DSP 的轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)功能分析根據(jù)系統(tǒng)控制要求，DSP 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主體部分相互之間的關(guān)系如圖 ：467895101120DSPTMS320LF2407RS232串口單元電源單元上位機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊被控電機(jī)光電編碼器I/O 單元光電隔離模塊電機(jī)控制接口圖 基于 DSP 的轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)功能模塊（1）RS232 串口單元：通過(guò)串行通信接口（ SCI）從上位 PC 機(jī)讀取控制指令，以及向上位 PC 機(jī)發(fā)送測(cè)角信號(hào)。（5）光電隔離模塊：對(duì)光電編碼器測(cè)角信號(hào)與 DSP 檢測(cè)模塊進(jìn)行光電隔離。SPI 是一個(gè)高速同步串行輸入輸出接口，用于DSP 控制器和外部設(shè)備或其它控制器之間的通信。根據(jù)需要只需配一些驅(qū)動(dòng)和隔離電路，就可以組成一個(gè)簡(jiǎn)單可行的通信接口。因此，PC 機(jī)的串行通信以正負(fù) 9V 代表 0、1 狀態(tài)。ELDSPEXP III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的 RS232 串口單元的串行接口 J66 引腳定義如圖：圖 串行接口 J66 引腳定義ELDSPEXP III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的直流電源單元可以提供177。1%，0 ≤ IOUT ≤ 800mA,）直流電，保險(xiǎn)規(guī)格 3A/250V。 電機(jī)控制模塊利用2407CPU的事件管理器模塊（EVM）產(chǎn)生PWM波，此接口可以和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊配套，完成以各種電機(jī)的PWM調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)控制各種類型的電機(jī)，本文兩維電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)元件都是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。目前在光電成像跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制中較為常用的電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。脈沖輸入越多，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度就越多，輸入脈沖的頻率越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。本系統(tǒng)俯仰和方位轉(zhuǎn)軸的電機(jī)均為 57 型混合式步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)參數(shù)如表 32 所示：表 32 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào) 相數(shù)步距角/STEP電壓V電流A電阻Ω電感mH最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量kg57BYGH8022 176。（3）高可靠性不使用電刷，電機(jī)的壽命長(zhǎng)，僅取決于軸承的壽命。（2）不能直接使用普通的交直流電驅(qū)動(dòng)，而必須使用專用設(shè)備——步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。有多種情況會(huì)產(chǎn)生失步，比如起動(dòng)或停止頻率超過(guò)突跳頻率，電機(jī)高速運(yùn)行的脈沖頻率超過(guò)了最大運(yùn)行頻率，所帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，共振等。每來(lái)一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子都從新的轉(zhuǎn)矩曲線的躍變中獲得一次能量的補(bǔ)充，這種能量越大，振蕩越厲害。但因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制比較容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)的應(yīng)用，使系統(tǒng)的定位精度明顯提高，因此該系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。如果要求步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度小于電機(jī)的極限起動(dòng)頻率，則步進(jìn)電機(jī)可以按要求的速度直接起動(dòng)，運(yùn)行至終點(diǎn)后可立即停發(fā)脈沖串而令其停止。這些情況的產(chǎn)生是由步進(jìn)電機(jī)的頻率特性曲線決定的。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括：環(huán)行分配器（脈沖分配器）和功率放大器。環(huán)行分配器的輸出電流很?。ê涟布?jí)） ，需要功率放大后，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)和負(fù)載己經(jīng)確定之后，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能就完全取決于驅(qū)動(dòng)控制方法 【24】 。如圖 ，該圖為兩相（A 相和 B 相）混合式步進(jìn)電機(jī)八細(xì)分驅(qū)動(dòng)時(shí)， A 相繞組階梯電流波形圖。近幾年來(lái)，由于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在驅(qū)動(dòng)器中獲得了廣泛應(yīng)用。此驅(qū)動(dòng)器還具有其它許多理想特點(diǎn)，例如：?jiǎn)坞娫垂╇?、光隔離輸入、細(xì)分精度可選等。驅(qū)動(dòng)器側(cè)面裝有一排八位撥碼開關(guān)組，可通過(guò)撥碼開關(guān)組設(shè)定動(dòng)態(tài)工作電流(共 8 等級(jí))、靜態(tài)減流和細(xì)分精度。此電源可以由一變壓器變壓后加整流濾波(無(wú)需穩(wěn)壓) 組成，或者由一開關(guān)電源提供，本系統(tǒng)采用開關(guān)電源為驅(qū)動(dòng)器供電，該開關(guān)電源能夠設(shè)定電流上限值，在實(shí)驗(yàn)中電流值的上限設(shè)定值可以隨負(fù)載的27變化做相應(yīng)調(diào)整，并能夠?qū)﹄姍C(jī)起到保護(hù)作用。采用光電耦合器對(duì)光電編碼器測(cè)角信號(hào)進(jìn)行隔離既能起到抗干擾的作用，又能對(duì)系統(tǒng)起到安全保護(hù)作用 [27]。在前一章中主要介紹了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，本章將主要介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)工作。系統(tǒng)初始化函數(shù) void sys_ini()完成了以下工作：禁止所有可屏蔽中斷，并將中斷標(biāo)志位清零；設(shè)置 CLKOUT=4*CLKIN=40M，并且使能 EVA、SCI 外設(shè)。 /*累加器中結(jié)果正常溢出*/ asm( clrc CNF)。 /*io，ram ，program 都設(shè)為 0 等待讀寫*/ * IMR=0X0002。TMS320LF2407具有內(nèi)置的異步串行口設(shè)備，可以很方便的開發(fā)出應(yīng)用系統(tǒng)并且通過(guò)串行口與上位機(jī)進(jìn)行通信 [30]。（2）LF2407在接收到上位機(jī)的命令后，如果發(fā)現(xiàn)命令無(wú)效（接收時(shí)，發(fā)生硬件錯(cuò)誤或這個(gè)命令本身無(wú)意義） ，則LF2407向上位機(jī)發(fā)送命令錯(cuò)誤信號(hào)，以要求上位機(jī)重發(fā)命令。（3）上位機(jī)的命令格式及含義：上位機(jī)的命令由起始位、LF2407的地址和發(fā)送到LF2407的命令組成，如下所示：起始標(biāo)志（2字符） LF2407地址（1個(gè)字符） 命令（2字符）31發(fā)送到LF2407的部分命令的含義如表41所示：表41上位機(jī)命令含義命令 命令所表含義0X0001 啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)0X0002 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0X0003 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0X0004 轉(zhuǎn)臺(tái)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)0X0005 轉(zhuǎn)臺(tái)增速轉(zhuǎn)動(dòng)0X0006 轉(zhuǎn)臺(tái)減速轉(zhuǎn)動(dòng)0X0007 轉(zhuǎn)臺(tái)停止0X0008 無(wú)意義0X0009 無(wú)意義0X000A 采集數(shù)據(jù)，重寫所有緩沖0X000B 發(fā)送所有緩沖數(shù)據(jù)0X000C 連續(xù)發(fā)送和采集數(shù)據(jù)0X000D 刪除連續(xù)發(fā)送和采集數(shù)據(jù)任務(wù)0X000E 無(wú)意義0X000F 無(wú)意義（4）LF2407發(fā)送數(shù)據(jù)格式。每個(gè)數(shù)據(jù)位占用8個(gè)SCICLK 周期。 /*40M CLKOUT,波特率為4800*/ 32 * SCILBAUD=0x0010。 /*開總中斷*/ * MCRA|=0X00C3。 /*使能接收中斷，使能發(fā)送中斷*/ * SCIPRI=0x0010。 /*1位停止位，禁用奇偶校驗(yàn)，禁用回饋測(cè)試，地址位協(xié)議模式，8位數(shù)據(jù)位*/ * SCICTL1=0x0023。 SCI串口通信模塊初始化SCI的各種功能均可用軟件設(shè)置，包括操作模式、通信協(xié)議、波特率、字符長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)和停止位的位數(shù)、中斷優(yōu)先級(jí)和中斷使能控制等 [32]。下面是數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶退砗x：（1）SCI發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的字符格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，奇校驗(yàn)位。為了可以安全、有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收，制定一些收發(fā)的規(guī)定 [31]：（1）只有上位機(jī)能夠主動(dòng)發(fā)命令。 /*清除全部中斷標(biāo)志*/ } SCI 串口通信模塊設(shè)置按照設(shè)計(jì)要求，配置由基于 DSP 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為下位機(jī)，由 PC 機(jī)作為上位機(jī)。 /*CLKIN=10M,4 倍頻,使能 EVA 模塊*/ * WDCR=0X00E8。 /*關(guān)總中斷*/ asm( clrc SXM)。主程序完成初始化后，進(jìn)入循環(huán)等待中斷，中斷程序完成對(duì)上位機(jī)下傳數(shù)據(jù)的接收，并依據(jù)控制算法將接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 PWM 的脈沖的生成和步數(shù)計(jì)數(shù)。TLP5214 是發(fā)光二極管與光電晶體管封裝的光電耦合器，結(jié)構(gòu)為雙列直插 4 引腳塑封，內(nèi)部帶有 4個(gè)相同的光電耦合電路，主要用于開關(guān)電源電路中，其原理圖如圖 所示?？刂齐娐愤B線圖如圖 所示：GND5VDIRPULPULDIR+24DCV地+24DCVELDSPEXP III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電機(jī) 控制接口7911132426驅(qū)動(dòng)器MA335控制端電機(jī)電源俯仰電機(jī)方位電機(jī)地驅(qū)動(dòng)器MA335控制端電機(jī)電源圖 控制電路連線圖兩相混合式步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)應(yīng)在系統(tǒng)允許情況下設(shè)定較大值 [26]。雙極恒流斬波方式，20KHz 斬波頻率，供電