【正文】 探測器數(shù)據(jù)的合并操作，然后，并串轉(zhuǎn)換和編碼模塊把合并后的圖像數(shù)據(jù)通過直流均衡編碼，轉(zhuǎn)換成串行信號，并在其中加入時鐘和字節(jié)對齊等信息，最底層的電光轉(zhuǎn)換模塊把串行電信號最終變成光信號發(fā)送出去。5）長時間連續(xù)工作試驗(yàn)后采集得到的圖像細(xì)膩清晰、噪聲小。3）計(jì)算機(jī)顯示的場景圖像與目標(biāo)信息處理板處理的目標(biāo)信息是同步的，便于顯示圖像的合成。此種傳輸方式存在以下優(yōu)點(diǎn)：1）通信鏈條少，基于cPCI總線的穩(wěn)健性，系統(tǒng)通信是穩(wěn)健的。目標(biāo)信息處理板以50幀/秒發(fā)出當(dāng)前目標(biāo)相對光軸的脫靶量（先經(jīng)cPCI總線）給伺服，伺服根據(jù)發(fā)來的脫靶量進(jìn)行相應(yīng)的控制調(diào)整。數(shù)字圖像光纖傳輸線路如圖32所示。4)長時間連續(xù)工作圖像噪聲嚴(yán)重。2)目標(biāo)信息處理板置于轉(zhuǎn)動構(gòu)件中，系統(tǒng)無論是外場還是實(shí)驗(yàn)室動態(tài)調(diào)試，均無法在線仿真深入cpu內(nèi)部監(jiān)控內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)運(yùn)行情況。計(jì)算機(jī)與伺服信息的交互需通過目標(biāo)信息處理板這一中間環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)終端對熱像儀的調(diào)整也經(jīng)過了目標(biāo)信息處理板這一中間環(huán)節(jié)。光電熱像器模擬視頻信號送往主控計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)終端顯示成像器攝取的前方景象并合成來自目標(biāo)信息處理板發(fā)來的波門信息。光電成像器發(fā)出的差分視頻數(shù)字信號或模擬圖像送往目標(biāo)信號處理板。用光纖傳遞信號，無泄密，無電磁干擾，可以遠(yuǎn)距離傳輸，產(chǎn)生的灰塵少，壽命長，可達(dá)1億轉(zhuǎn)以上[24~32]。旋轉(zhuǎn)時可以連續(xù)輸出信號。采用光纖滑環(huán)結(jié)構(gòu)一方面解決了多位視頻信號通過光纖大容量的通信問題，另一方面解決了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與非旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連接方式。兩種方式下，由于目標(biāo)信息處理板置于轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動態(tài)時檢測紅外目標(biāo)時無法進(jìn)行仿真，這為動態(tài)目標(biāo)檢測算法的工程完整實(shí)現(xiàn)帶來了極大的不便。前一種方式模擬視頻通過電滑環(huán)下行接入主控計(jì)算機(jī)中，由圖像采集卡采集并處理進(jìn)行顯示，但目標(biāo)信息處理板處理的數(shù)字視頻幀信息與終端顯示的模擬視頻信息需要幀同步信號進(jìn)行同步，以保證當(dāng)前顯示幀為當(dāng)前處理幀；后一種方式雖不存在同步問題，但存在紅外模擬圖像到數(shù)字圖像再到模擬圖像再到數(shù)字圖像的圖像傳輸質(zhì)量損失。通常情況下，光電熱成像儀與激光、CCD構(gòu)成三光系統(tǒng)或光電熱成像儀與激光構(gòu)成的二光系統(tǒng)置于轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)內(nèi)。這種掃描方式下，連續(xù)轉(zhuǎn)動的成像探測部分與信號處理機(jī)之間必需經(jīng)過滑環(huán)進(jìn)行連接[27]。選擇時要考慮負(fù)載總力矩、最大調(diào)轉(zhuǎn)速度等因素。(4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)直流力矩電機(jī)的選擇。(3) 光電搜索跟蹤系統(tǒng)框架伺服位置信號的獲取。慣性空間穩(wěn)定技術(shù)決定了穩(wěn)定搜索跟蹤平臺的穩(wěn)定能力，慣性空間姿態(tài)傳感器的選擇及信號的處理和電源的隔離有助于陀螺采集信號噪聲的降低，極限情況是在伺服端對慣性空間姿態(tài)的信號采集逼近慣性空間姿態(tài)信號的本身情況。同時采用光纖傳輸有利于系統(tǒng)抗干擾能力的提升，傳統(tǒng)的導(dǎo)電滑環(huán)的響應(yīng)頻率比較低，系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)時信號容易出現(xiàn)失真、誤碼率增加的情況。3 光電搜索跟蹤系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究光電搜索跟蹤系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)涉及以下主要內(nèi)容：(1) 紅外或CCD圖像信號的數(shù)字圖像光纖傳輸。 本章小結(jié)本章提出了光電搜索跟蹤系統(tǒng)的功能及技術(shù)指標(biāo)，分析了系統(tǒng)整體組成架構(gòu)，光電搜索跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺、信號處理機(jī)、伺服控制分系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)分配，提出了光纖通信解決系統(tǒng)雙向通信及對命令解析的方法。結(jié)合DSP獨(dú)特的結(jié)構(gòu)對程序優(yōu)化，需要熟悉各種優(yōu)化手段甚至采用匯編優(yōu)化。面目標(biāo)算法如圖216所示，點(diǎn)目標(biāo)算法如圖217所示。 圖216 DSP1面目標(biāo)算流程 圖 217 DSP2點(diǎn)目標(biāo)算法流程紅外目標(biāo)檢測跟蹤算法的實(shí)現(xiàn)是DSP程序的主要部分。DSP1,DSP2 經(jīng)初始化后，加載預(yù)置參數(shù)。由于采用雙片DSP并行結(jié)構(gòu)，為最大程度的發(fā)揮各DSP陣元的處理能力，需要結(jié)合處理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和算法的結(jié)構(gòu)，采用合理的任務(wù)劃分和調(diào)度策略[17~22]。伺服系統(tǒng)主要軟件模塊如圖214所示。 (6) 軟件總體設(shè)計(jì)伺服控制及任務(wù)管理軟件采用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別在兩片DSP上運(yùn)行不同的程序。圖213 自動跟蹤模式控制結(jié)構(gòu)圖 (5) 手動干預(yù)跟蹤模式當(dāng)按下手柄按鍵時，進(jìn)入手動干預(yù)模式，手動干預(yù)模式在四種工作模式中優(yōu)先級最高。圖212 手動搜索模式控制結(jié)構(gòu)圖 (4) 自動跟蹤模式圖像跟蹤器給出框架光軸指向?qū)δ繕?biāo)的偏差作為控制命令的輸入。圖211 預(yù)置自動搜索模式控制結(jié)構(gòu)圖 (3) 手動搜索模式上、下、左、右搖動手柄，手柄輸出轉(zhuǎn)臺期望到達(dá)的速度與旋轉(zhuǎn)變壓器測得的電機(jī)速度構(gòu)成偏差進(jìn)行相應(yīng)的搜索控制。圖210 周掃模式控制框圖 (2) 預(yù)置自動搜索模式在上級空情信息導(dǎo)引條件下，系統(tǒng)預(yù)置一定搜索范圍，實(shí)現(xiàn)對指定空域進(jìn)行快速自動搜索目標(biāo)，將搜索到的所有可疑目標(biāo)在顯示屏上進(jìn)行顯示，同時顯示這些目標(biāo)當(dāng)前的坐標(biāo)信息和航跡預(yù)測信息，從而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)搜索、探測功能。圖29 控制系統(tǒng)任務(wù)狀態(tài)圖（1）360度周掃模式系統(tǒng)通過不停的快速周掃，及時了解戰(zhàn)場態(tài)勢，對區(qū)域內(nèi)的所有目標(biāo)進(jìn)行全方位搜索，目標(biāo)信息處理板將搜索到的所有可疑目標(biāo)在顯示屏上進(jìn)行顯示，同時顯示這些目標(biāo)當(dāng)前的坐標(biāo)信息和航跡預(yù)測信息，從而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)搜索、探測功能?？刂迫蝿?wù)工作狀態(tài)由目標(biāo)信息處理板控制，伺服及任務(wù)管理根據(jù)目標(biāo)信息處理板發(fā)送的命令，產(chǎn)生不同的狀態(tài)字，同時控制搜索跟蹤兩框架平臺執(zhí)行相應(yīng)的動作。同時，由于該控制與任務(wù)管理板采用雙DSP結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)包括兩塊DSP之間的數(shù)據(jù)交換功能[15~16]。其中除自動跟蹤外均來自于操控命令。根據(jù)信號處理板接收到的來自熱像儀的圖像幀的起始信號向伺服發(fā)起同步，伺服接收到來自信號處理板發(fā)起的同步信號響應(yīng)中斷，即時向cPCI計(jì)算機(jī)系統(tǒng)回饋位置信息，以便在計(jì)算機(jī)顯控終端顯示當(dāng)前幀圖像信息及當(dāng)前幀位置信息。伺服控制電路讀取紅外搜跟轉(zhuǎn)臺反饋的電機(jī)絕對位置信號。圖25 紅外熱像儀視頻檢測信號關(guān)系示意圖 系統(tǒng)伺服控制圖26 系統(tǒng)伺服控制部分示意圖如圖26所示，伺服控制分系統(tǒng)提取來自cPCI計(jì)算機(jī)的直流24V電源，涵蓋伺服控制、電源、伺服驅(qū)動整體供電。熱像儀攝取的外部場景通過256級灰度的數(shù)字視頻輸出，數(shù)字視頻通過光纖傳輸，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)360度后，計(jì)算機(jī)終端拼出360度的攝取的空域合成條帶圖。同時接受轉(zhuǎn)臺發(fā)來的慣性空間姿態(tài)信息，以便在計(jì)算機(jī)端對慣性空間姿態(tài)進(jìn)行補(bǔ)償。紅外搜索轉(zhuǎn)臺下行的數(shù)字圖像光纖信號在信號處理機(jī)端由光纖解調(diào)板進(jìn)行還原，還原后的差分?jǐn)?shù)字圖像信號直接向目標(biāo)信息處理板饋送視頻信號，經(jīng)目標(biāo)信息處理板處理后的目標(biāo)檢測及跟蹤信息通過cPCI總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互。 cPCI信號處理機(jī)信號處理機(jī)分系統(tǒng)電氣分配如圖24所示。5mS時刻發(fā)射激光，隨后發(fā)出距離數(shù)據(jù)。圖23 光纖傳輸信號示意圖其中熱像儀操控19200bps，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時有數(shù)據(jù)，否則無數(shù)據(jù)。圖22 光電搜索跟蹤轉(zhuǎn)臺分系統(tǒng)電氣分配關(guān)于光纖通信波特率不同問題，采用自適應(yīng)通信波特率實(shí)現(xiàn)?？梢?，系統(tǒng)往激光測距機(jī)發(fā)送的TTL信號及往紅外熱像儀發(fā)送的RS422操控信號流向是一致的；而激光測距機(jī)往外發(fā)送的距離信息及紅外熱像儀往外發(fā)送的數(shù)字圖像信息流向是一致的。將JJ6信號經(jīng)過光纖傳輸。采用圖22電氣分配方式，J1電源占用5線，J1地線占用5線；J2電源占用1線，J2地線占用1線；JJJ7共占用10線，J8電機(jī)PWM功率驅(qū)動占用10線。 圖21 光電搜索跟蹤系統(tǒng)組成示意圖 光電搜索跟蹤轉(zhuǎn)臺光電搜索跟蹤轉(zhuǎn)臺分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22所示。向指揮控制系統(tǒng)匯報當(dāng)前信息并接受指揮控制系統(tǒng)控制，接受全系統(tǒng)同步信息。通過光纖傳遞紅外熱像儀數(shù)字視頻信息，操控信息，激光測距機(jī)控制信息，激光測距機(jī)距離信息。通過安裝于cPCI信號處理機(jī)的AC/DC輸出電源供給伺服控制箱，由伺服控制箱轉(zhuǎn)換、分配電源給紅外搜跟轉(zhuǎn)臺的激光測距機(jī)、紅外熱像儀、光纖發(fā)送部分。 光電搜索跟蹤系統(tǒng)架構(gòu) 光電搜索跟蹤系統(tǒng)的組成光電搜索跟蹤系統(tǒng)由伺服控制分系統(tǒng)與光電搜索跟蹤轉(zhuǎn)臺分系統(tǒng)、信號處理機(jī)分系統(tǒng)組成。光電搜索跟蹤系統(tǒng)主要安裝于戰(zhàn)斗車，用于對敵方來襲的飛機(jī)(固定翼飛機(jī)、直升機(jī))和精確制導(dǎo)武器等空中作戰(zhàn)平臺實(shí)施遠(yuǎn)距離、大范圍、多批次的實(shí)時偵察告警，并實(shí)時提供目標(biāo)方位/俯仰角、目標(biāo)類型、目標(biāo)威脅等級、目標(biāo)輻射強(qiáng)度等引導(dǎo)信息?；谙到y(tǒng)不同的需求需作出不同的抉擇?，F(xiàn)代光電跟蹤系統(tǒng)要求跟蹤視場小，分辨率高，以進(jìn)行精確跟蹤，且具備目標(biāo)威脅程度、目標(biāo)分類及剔除假目標(biāo)能力。 作者所做的主要工作 (1) 項(xiàng)目可行性論證及資料查詢，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想； (2) 分析制定總體技術(shù)方案； (3) 光電搜索跟蹤系統(tǒng)DSP伺服系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)； (4) 光纖傳輸分析、論證、設(shè)計(jì)；(5) 電路系統(tǒng)分析；(6) 電機(jī)選擇及分析； (7) EnDat協(xié)議解碼總構(gòu)（旋轉(zhuǎn)變壓器位置解算）及VHDL設(shè)計(jì)；(8) 工程問題討論與研究；(9) 系統(tǒng)可靠性分析、設(shè)計(jì)、改進(jìn)；(10) 不同光電成像傳感器圖像切換分析 論文內(nèi)容安排 論文分為五個章節(jié)進(jìn)行論述： (1) 緒論； (2) 光電搜索跟蹤系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)； ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能 ? 光電搜索跟蹤系統(tǒng)方案 ? 光電搜索跟蹤系統(tǒng)軟件方案(3) 光電搜索跟蹤系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究； ? 數(shù)字圖像光纖傳輸分析 ? 光電穩(wěn)定系統(tǒng)分析 ? 光電伺服框架絕對位置獲取設(shè)計(jì)分析 ? 電機(jī)選擇分析(4) 工程問題分析、研究 ? 紅外搜索幀間圖像特性分析 ? 紅外搜索成像系統(tǒng)探測范圍研究 ? 電源管理時序研究 ? 陀螺補(bǔ)償工程考慮 ? 系統(tǒng)布線工程考慮 (5) 總結(jié)展望572 光電搜索跟蹤系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能要求根據(jù)現(xiàn)代防御的要求，系統(tǒng)需要具有大范圍的搜索能力，定點(diǎn)搜索、區(qū)域搜索、360176。 作者所做的主要工作與論文內(nèi)容安排 研究的主要內(nèi)容本選題研究在吸納、借鑒國際國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自主創(chuàng)新，研究并設(shè)計(jì)現(xiàn)代防御光電搜索跟蹤系統(tǒng)。(2)瑞典的“鷹”系列裝甲偵察車上的光電偵察系統(tǒng)安裝在一個可收縮的車頂安裝桅桿上。通過先進(jìn)的第二代前視紅外技術(shù)、全球定位干涉儀、激光測距儀以及晝間用攝影機(jī)，LRAS3能進(jìn)行遠(yuǎn)距離目標(biāo)定位。另外，還可以根據(jù)陸軍防空關(guān)注的重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)目標(biāo)，將相關(guān)的空情信息及其他情報信息傳送給指揮系統(tǒng)，保證在正確的地點(diǎn)、正確的時間獲取正確的光電情報信息，并指揮和調(diào)動防空導(dǎo)彈和高炮部隊(duì)攔截和打擊空襲目標(biāo)，遂行各種防空作戰(zhàn)任務(wù)，達(dá)到一體化防空作戰(zhàn)的目的。大量信息在短時間涌向指揮中心，這給防空指揮帶來極大困難，任何單一系統(tǒng)都難以應(yīng)付未來的空中威脅環(huán)境，必須建立多光電組網(wǎng)的野戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)，由多種光電覆蓋同一區(qū)域，進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合處理，以得到全面的、精確的態(tài)勢報告。防空作戰(zhàn)日益顯示參戰(zhàn)力量的聯(lián)合性、作戰(zhàn)空間的廣闊性、反應(yīng)時間的短暫性、情況變化的突然性等諸多特點(diǎn)。提高搜索系統(tǒng)的視場角，則要提高空間分辨力，像素的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)要提高，降低跟蹤系統(tǒng)的視場角，同樣像素的點(diǎn)陣則有助于提升精跟蹤的精度。單一的全自動紅外搜索、跟蹤系統(tǒng)在搜索到可疑目標(biāo)后，切換到跟蹤狀態(tài)，切換時間是一個關(guān)鍵的指標(biāo)，切換時間隨溫度的不確定性及切換時間過長也許導(dǎo)致目標(biāo)的丟失，可疑目標(biāo)跟蹤后，經(jīng)輻射強(qiáng)度、威脅程度分析，可能被剔除為非可疑目標(biāo)，系統(tǒng)處于停止搜索，來犯的目標(biāo)從其它角度可能已經(jīng)進(jìn)入，以致需要重新觀察空情，這在系統(tǒng)作戰(zhàn)中是很難想象的，也許搜索系統(tǒng)與跟蹤系統(tǒng)分離是一個好的選擇。這些系統(tǒng)指標(biāo)有些可能要作出一些犧牲，以兼顧重要指標(biāo)。雙熱像儀架構(gòu)，擴(kuò)大了視場，增加了低空探測的威力范圍，降低了對轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的俯仰系統(tǒng)的要求，但對結(jié)構(gòu)安裝及后端處理提高了難度，搜索系統(tǒng)的探測能力一直沒有得到合理的驗(yàn)證，也許目標(biāo)信息處理板與轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的分離對目標(biāo)探測的研究是一種好的方法，系統(tǒng)目標(biāo)探測指標(biāo)如得到合理的驗(yàn)證，也許這是一個比較好的抉擇，因?yàn)楦┭鲚S系的不運(yùn)動，的確可以降低系統(tǒng)對較大范圍空情的反應(yīng)時間。激光、紅外、CCD構(gòu)成的三光系統(tǒng)也許是一個比較合適的選擇，系統(tǒng)集成將激光與紅外、CCD共用光學(xué)口徑是一個比較優(yōu)的方案，但對系統(tǒng)集成是不可實(shí)現(xiàn)的，非共軸結(jié)構(gòu)是一個比較合適的選擇，但要確保三光的組合在一個合適的指標(biāo)范圍內(nèi)。在中等云層、塵土飛揚(yáng)和煙霧環(huán)境下，通過使用精確的短脈沖激光，捕獲反射回來的光子實(shí)現(xiàn)成像，還可實(shí)現(xiàn)夜間低能見度的高分辨力成像，使圖像更加清晰，作用距離更遠(yuǎn)，達(dá)到遠(yuǎn)距離字符識別能力在低光照，低可視條件下識別敵方坦克、車輛、艦艇、飛機(jī)型號，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭的敵我識別方面，發(fā)揮重要作用。具備激光探測或激光測距的系統(tǒng)是主動探測系統(tǒng)，與紅外的復(fù)合構(gòu)成的系統(tǒng)稱為半主動系統(tǒng)，與火控系統(tǒng)的交聯(lián)通常需要距離信息，但如作為純粹的情報系統(tǒng)，激光也許不是必需，利用激光束高空間分辨力成像的特征，對低觀測性目標(biāo)進(jìn)行探測和識別。紫外探測虛警率低，且體積小巧、便宜，對地面熱目標(biāo)引起的虛警率不敏感，然而紫外輻射易被大氣中臭氧層(距地面20～25km)吸收，因而降低了對導(dǎo)彈（飛機(jī)逼近）的探測能力；光電紅外探測存在虛警率問題，也許隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，工作于中波和長波的雙色紅外傳感器及多色傳感器比紫外傳感器將更為有效。激光主動照明下的零照度成像，還未走出驗(yàn)證試用階段，遠(yuǎn)未達(dá)到大批列裝的技術(shù)水平。光信號至今仍習(xí)慣于作用距離極近的直接探測，光外差接收方案長期走不出實(shí)驗(yàn)室的象牙塔。理論與技術(shù)基礎(chǔ)的嚴(yán)重不足，長期以來制約著光電子技術(shù)的發(fā)展。與無線電電子和微電子技術(shù)比較，光電子技術(shù)尚處于發(fā)展階段，無論是在基礎(chǔ)材料、元器件、制造工藝，還是在工作體制、接收與發(fā)射、探測器、傳輸與編解碼、防護(hù)與突防等系統(tǒng)級別上，均存在較大差距。相對于微波