一種高速線陣ccd信號的測量方法
【專利摘要】本發明屬于瞄準【技術領域】，具體涉及一種高速線陣CCD信號的測量方法。其實現如下：光源通過狹縫，形成一條光狹縫，通過立方棱鏡、物鏡組成的光學系統，產生瞄準的平行光束，照射到目標棱鏡；目標棱鏡返射平行光束，通過物鏡、立方棱鏡，折轉后聚焦在光學系統的焦面上；CCD位于光學系統的焦面處，接收到光狹縫信號，轉換為代表光狹縫信號強度和位置的像元電壓信號，通過接收和處理CCD輸出的像元電壓信號，得到目標棱鏡與物鏡光軸的相對轉角信息，實現目標方位角測量。該方法在2ms內實現一場1024個像元數據的處理、光斑信號的識別、細分處理，實現0.1個像元的CCD處理精度，為實現動瞄準系統10ms的控制周期、15″測角精度提供了可能。
【專利說明】—種局速線陣CCD信號的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于瞄準【技術領域】，具體涉及一種高速線陣CCD信號的測量方法。
【背景技術】
[0002]CCD (Charge Coupled Device)又稱電荷稱合器件,是用大規模集成電路工藝制作而成，具有光電轉換、存忙和光電掃描功能，具有體積小、抗振動、壽命長、功耗小，弱光下靈敏度高和不用預熱等優點。作為光電瞄準儀的傳感器，提高了光電準直性能，實現高精度測角。
[0003]但CCD的接口要求較為嚴格，不僅需要多路時鐘驅動信號，而且多路時鐘信號必須嚴格同步，且CCD —般采取位流輸出的方式，要求接收方具備快速轉換和信號處理能力。在以往應用中，由于CCD特殊的接口要求，限制了光電設備的信號處理速度，以常規的1024像元的線陣CCD為例，一幀信號的處理時間往往需要十幾毫秒到幾十毫秒，限制了光電瞄準儀處理高速信號的能力。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種高速線陣CCD信號的測量方法，以實現CCD信號的高速、精確采集。
[0005]為達到上述目的，本發明所采取的技術方案為:
[0006]一種高速線陣CXD信號的測量方法，其實現如下:光源通過狹縫，形成一條光狹縫，通過立方棱鏡、物鏡組成的光學系統，產生貓準的平行光束，照射到目標棱鏡；目標棱鏡返射平行光束，通過物鏡、立方棱鏡，折轉后聚焦在光學系統的焦面上；CCD位于光學系統的焦面處，接收到光狹縫信號，轉換為代表光狹縫信號強度和位置的像元電壓信號，通過接收和處理CCD輸出的像兀電壓信號,得到目標棱鏡與物鏡光軸的相對轉角信息，實現目標方位角測量。
[0007]所述CXD選用1024像元的線陣CXD作為光電信號的轉換器件，CXD工作的主時鐘頻率為1.25MHz/占空比1:1，(XD工作的場同步時鐘為500Hz/占空比1:1250，CCD輸出的像元時鐘頻率為312.5kHz/占空比1:1，時鐘跳變沿的同步要求為20ns。
[0008]選用12位的A/D轉換器快速轉換每一個像元電壓信號，A/D轉換器的工作時鐘與(XD的像元時鐘頻率相同，同步時間為19ns。
[0009]選用DSP芯片實現CXD工作的主時鐘、CXD工作的場同步時鐘、CXD輸出的像元時鐘、A/D轉換器的工作時鐘嚴格同步。
[0010]所述DSP芯片的內部運行時鐘頻率為20MHz，內部有三個獨立的定時器，通過對定時器編程設定的方式，使DSP對應的PWM 口輸出的頻率范圍在IHz?IOMHz可調；分別將兩個定時器的周期計數器設定為500Hz和1.25MHz對應的數值，按照不同占空比的要求，分別設定兩個比較計數器對應的數值，同時將兩個定時器設定為同步啟動方式，從而在PWM1、PWM2輸出口的得到了 500Hz/占空比1:1250和1.25MHz/占空比1:1的兩個時鐘，且兩個時鐘同步性優于5ns ;為得到另兩個時鐘信號，將1.25MHz的時鐘輸入到一個二進制同步計數器，通過計數器的二分頻和四分頻后，可以得到兩個嚴格同步的625kHz和312.5kHz的方
波信號。
[0011]所述DSP采用匯編語言，利用DSP的高速指令，在1.6us內完成一個C⑶像元數據的讀取、判斷、存儲；在2!118內實現一場1024個像元數據的處理、光斑信號的識別、細分處理，實現0.1個像元的CXD處理精度。
[0012]本發明所取得的有益效果為:
[0013]本發明所述高速線陣CCD信號的測量方法，將CCD需要的三種時鐘信號和信號轉換的時鐘信號，通過時鐘分頻電路、時序變換電路實現，實現了信號的良好同步和高速采集；采用DSP匯編語言，利用DSP的高速指令，在1.6us內完成一個CCD像元數據的讀取、判斷、存儲；在2!118內實現一場1024個像元數據的處理、光斑信號的識別、細分處理，實現0.1個像元的CXD處理精度，為實現瞄準系統IOms的控制周期、15"測角精度提供了可能:
[0014](I)選用1024像元的線陣CXD作為光電信號的轉換器件，CXD工作的主時鐘頻率為1.25MHz，CXD工作的場同步時鐘為500Hz，A/D轉換器件的采集時鐘頻率為625kHz，三種時鐘必須保證嚴格的時序要求；
[0015](2)采用數字信號處理器(DSP)作為C⑶信號采集、處理的CPU，利用DSP內置的時鐘、脈寬調制輸出口，輔以外圍邏輯電路，實現CCD時鐘與A/D采集時鐘的嚴格同步；
[0016](3)采用DSP匯編語言，利用DSP的高速指令，在1.6us內完成一個CXD像元數據的讀取、判斷、存儲；在2!118內實現一場1024個像元數據的處理、光斑信號的識別、細分處理，實現0.1個像元的CXD處理精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為CXD測角原理圖；
[0018]圖2為CXD時鐘與A/D時鐘的時序圖；
[0019]圖3為CXD時鐘同步、信號采集電路原理圖；
[0020]圖中:1、目標棱鏡；2、物鏡；3、立方棱鏡；4、狹縫；5、光源；6、(XD。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0022]如圖1所示，本發明所述一種高速線陣CXD信號的測量方法實現如下:光源5通過狹縫4，形成一條光狹縫，通過立方棱鏡3、物鏡2等組成的光學系統，產生瞄準的平行光束，照射到目標棱鏡I ;目標棱鏡I返射平行光束，通過物鏡2、立方棱鏡3，折轉后聚焦在光學系統的焦面上；CCD6位于光學系統的焦面處，接收到光狹縫信號，轉換為代表光狹縫信號強度和位置的像元電壓信號，通過接收和處理CCD6輸出的像元電壓信號，得到目標棱鏡I與物鏡2光軸的相對轉角信息，實現目標方位角測量。
[0023]所述(XD6選用1024像元的線陣CXD作為光電信號的轉換器件，如圖2所示，CXD工作的主時鐘頻率為1.25MHz/占空比1:1，CXD工作的場同步時鐘為500Hz/占空比1:1250，C⑶輸出的像元時鐘頻率為312.5kHz/占空比1:1，三種時鐘的頻率、占空比差別非常大，時鐘跳變沿的同步要求為20ns，時序要求嚴格；為了快速轉換每一個像元的信號，選用了一款12位的A/D轉換器，A/D轉換器的工作時鐘與CCD的像元時鐘頻率相同，同步時間為 19ns。
[0024]如圖3所示，選用DSP芯片實現以上四種時鐘嚴格同步，DSP芯片的內部運行時鐘頻率為20MHz，內部有三個獨立的定時器，通過對定時器編程設定的方式，使DSP對應的PWM口輸出的頻率范圍在IHz?IOMHz可調。分別將兩個定時器的周期計數器設定為500Hz和
1.25MHz對應的數值，按照不同占空比的要求，分別設定兩個比較計數器對應的數值，同時將兩個定時器設定為同步啟動方式，從而在PWM1、PWM2輸出口的得到了 500Hz/占空比1:1250和1.25MHz/占空比1:1的兩個時鐘，且兩個時鐘同步性優于5ns。為得到另兩個時鐘信號，將1.25MHz的時鐘輸入到一個二進制同步計數器，通過計數器的二分頻和四分頻后，可以得到兩個嚴格同步的625kHz和312.5kHz的方波信號。該方式下，利用DSP內部時鐘、可編程計數器和一個外圍二進制同步計數器，實現了四種頻率、占空比差別大，同步要求嚴格的時鐘信號，為實現高速CCD采集提供的可能。
[0025]采用DSP匯編語言，利用DSP的高速指令，在1.6us內完成一個CXD像元數據的讀取、判斷、存儲；在2ms內實現一場1024個像元數據的處理、光斑信號的識別、細分處理，實現0.1個像元的CXD處理精度。
【權利要求】
1.一種高速線陣C⑶信號的測量方法，其特征在于:其實現如下:光源(5)通過狹縫(4)，形成一條光狹縫，通過立方棱鏡(3)、物鏡(2)組成的光學系統，產生瞄準的平行光束，照射到目標棱鏡(I);目標棱鏡(I)返射平行光束，通過物鏡(2 )、立方棱鏡(3 )，折轉后聚焦在光學系統的焦面上；CCD (6)位于光學系統的焦面處，接收到光狹縫信號，轉換為代表光狹縫信號強度和位置的像元電壓信號，通過接收和處理CXD (6)輸出的像元電壓信號，得到目標棱鏡(I)與物鏡(2 )光軸的相對轉角信息，實現目標方位角測量。
2.根據權利要求1所述的高速線陣CCD信號的測量方法，其特征在于:所述CCD(6)選用1024像元的線陣CXD作為光電信號的轉換器件，CXD作的主時鐘頻率為1.25MHz/占空比1:1，CXD工作的場同步時鐘為500Hz/占空比1:1250，C⑶輸出的像元時鐘頻率為312.5kHz/占空比1:1，時鐘跳變沿的同步要求為20ns。
3.根據權利要求2所述的高速線陣CCD信號的測量方法，其特征在于:選用12位的A/D轉換器快速轉換每一個像元電壓信號，A/D轉換器的工作時鐘與CXD (6)的像元時鐘頻率相同，同步時間為19ns。
4.根據權利要求3所述的高速線陣CCD信號的測量方法，其特征在于:選用DSP芯片實現CXD工作的主時鐘、CXD工作的場同步時鐘、CXD輸出的像元時鐘、A/D轉換器的工作時鐘嚴格同步。
5.根據權利要求4所述的高速線陣CCD信號的測量方法，其特征在于:所述DSP芯片的內部運行時鐘頻率為20MHz，內部有三個獨立的定時器，通過對定時器編程設定的方式，使DSP對應的PWM 口輸出的頻率 范圍在IHz~IOMHz可調；分別將兩個定時器的周期計數器設定為500Hz和1.25MHz對應的數值，按照不同占空比的要求，分別設定兩個比較計數器對應的數值，同時將兩個定時器設定為同步啟動方式，從而在PWMl、PWM2輸出口的得到了500Hz/占空比I:1250和1.25MHz/占空比I:1的兩個時鐘，且兩個時鐘同步性優于5ns ；為得到另兩個時鐘信號，將1.25MHz的時鐘輸入到一個二進制同步計數器，通過計數器的二分頻和四分頻后，可以得到兩個嚴格同步的625kHz和312.5kHz的方波信號。
6.根據權利要求5所述的高速線陣CCD信號的測量方法，其特征在于:所述DSP采用匯編語言，利用DSP的高速指令，在1.6us內完成一個C⑶像元數據的讀取、判斷、存儲；在21^內實現一場1024個像元數據的處理、光斑信號的識別、細分處理，實現0.1個像元的CCD處理精度。
【文檔編號】G01C1/00GK103712597SQ201210371499
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月28日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】王小軍, 王巖, 宋順利, 姜華, 劉瀟雨, 賀永喜, 王學根 申請人:北京航天發射技術研究所, 中國運載火箭技術研究院