一种高速线阵CCD信号的测量方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103712597 A (43)申请公布日 2014.04.09 CN 103712597 A (21)申请号 201210371499.8 (22)申请日 2012.09.28 G01C 1/00(2006.01) (71)申请人 北京航天发射技术研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路 1 号 申请人 中国运载火箭技术研究院 (72)发明人 王小军 王岩 宋顺利 姜华 刘潇雨 贺永喜 王学根 (74)专利代理机构 核工业专利中心 11007 代理人 高尚梅 (54) 发明名称 一种高速线阵 CCD 信号的测量方法 (57) 摘要 本发明属于瞄准技术领域，。

2、 具体涉及一种高 速线阵CCD信号的测量方法。 其实现如下 ： 光源通 过狭缝， 形成一条光狭缝， 通过立方棱镜、 物镜组 成的光学系统， 产生瞄准的平行光束， 照射到目标 棱镜 ； 目标棱镜返射平行光束， 通过物镜、 立方棱 镜， 折转后聚焦在光学系统的焦面上 ； CCD 位于光 学系统的焦面处， 接收到光狭缝信号， 转换为代表 光狭缝信号强度和位置的像元电压信号， 通过接 收和处理 CCD 输出的像元电压信号， 得到目标棱 镜与物镜光轴的相对转角信息， 实现目标方位角 测量。 该方法在2ms 内实现一场1024 个像元数据 的处理、 光斑信号的识别、 细分处理， 实现 0.1 个 像元的 。

3、CCD 处理精度， 为实现动瞄准系统 10ms 的 控制周期、 15测角精度提供了可能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103712597 A CN 103712597 A 1/1 页 2 1. 一种高速线阵 CCD 信号的测量方法， 其特征在于 ： 其实现如下 ： 光源 （5） 通过狭缝 （4） ， 形成一条光狭缝， 通过立方棱镜 （3） 、 物镜 （2） 组成的光学系统， 产生瞄准的平行光束， 照射到目标棱镜 （1） ； 目。

4、标棱镜 （1） 返射平行光束， 通过物镜 （2） 、 立方棱镜 （3） ， 折转后聚焦 在光学系统的焦面上 ； CCD（6） 位于光学系统的焦面处， 接收到光狭缝信号， 转换为代表光 狭缝信号强度和位置的像元电压信号， 通过接收和处理 CCD（6） 输出的像元电压信号， 得到 目标棱镜 （1） 与物镜 （2） 光轴的相对转角信息， 实现目标方位角测量。 2. 根据权利要求 1 所述的高速线阵 CCD 信号的测量方法， 其特征在于 ： 所述 CCD（6） 选用 1024 像元的线阵 CCD 作为光电信号的转换器件， CCD 作的主时钟频率为 1.25MHz/ 占 空比 1 ： 1， CCD 工作。

5、的场同步时钟为 500Hz/ 占空比 1 ： 1250， CCD 输出的像元时钟频率为 312.5kHz/ 占空比 1 ： 1， 时钟跳变沿的同步要求为 20ns。 3. 根据权利要求 2 所述的高速线阵 CCD 信号的测量方法， 其特征在于 ： 选用 12 位的 A/ D 转换器快速转换每一个像元电压信号， A/D 转换器的工作时钟与 CCD（6） 的像元时钟频率 相同， 同步时间为 19ns。 4. 根据权利要求 3 所述的高速线阵 CCD 信号的测量方法， 其特征在于 ： 选用 DSP 芯片 实现 CCD 工作的主时钟、 CCD 工作的场同步时钟、 CCD 输出的像元时钟、 A/D 转换。

6、器的工作时 钟严格同步。 5. 根据权利要求 4 所述的高速线阵 CCD 信号的测量方法， 其特征在于 ： 所述 DSP 芯片 的内部运行时钟频率为 20MHz， 内部有三个独立的定时器， 通过对定时器编程设定的方式， 使 DSP 对应的 PWM 口输出的频率范围在 1Hz 10MHz 可调 ； 分别将两个定时器的周期计数 器设定为500Hz和1.25MHz对应的数值， 按照不同占空比的要求， 分别设定两个比较计数器 对应的数值， 同时将两个定时器设定为同步启动方式， 从而在 PWM1、 PWM2 输出口的得到了 500Hz/ 占空比 1 ： 1250 和 1.25MHz/ 占空比 1 ： 1。

7、 的两个时钟， 且两个时钟同步性优于 5ns ； 为得到另两个时钟信号， 将 1.25MHz 的时钟输入到一个二进制同步计数器， 通过计数器的 二分频和四分频后， 可以得到两个严格同步的 625kHz 和 312.5kHz 的方波信号。 6.根据权利要求5所述的高速线阵CCD信号的测量方法， 其特征在于 ： 所述DSP采用汇 编语言， 利用DSP的高速指令， 在1.6us内完成一个CCD像元数据的读取、 判断、 存储 ； 在2ms 内实现一场 1024 个像元数据的处理、 光斑信号的识别、 细分处理， 实现 0.1 个像元的 CCD 处 理精度。 权 利 要 求 书 CN 103712597 。

8、A 2 1/3 页 3 一种高速线阵 CCD 信号的测量方法 技术领域 0001 本发明属于瞄准技术领域， 具体涉及一种高速线阵 CCD 信号的测量方法。 背景技术 0002 CCD （Charge Coupled Device） 又称电荷耦合器件， 是用大规模集成电路工艺制作 而成， 具有光电转换、 存贮和光电扫描功能， 具有体积小、 抗振动、 寿命长、 功耗小， 弱光下灵 敏度高和不用预热等优点。 作为光电瞄准仪的传感器， 提高了光电准直性能， 实现高精度测 角。 0003 但 CCD 的接口要求较为严格， 不仅需要多路时钟驱动信号， 而且多路时钟信号必 须严格同步， 且 CCD 一般采取。

9、位流输出的方式， 要求接收方具备快速转换和信号处理能力。 在以往应用中， 由于 CCD 特殊的接口要求， 限制了光电设备的信号处理速度， 以常规的 1024 像元的线阵 CCD 为例， 一帧信号的处理时间往往需要十几毫秒到几十毫秒， 限制了光电瞄 准仪处理高速信号的能力。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种高速线阵 CCD 信号的测量方法， 以实现 CCD 信号的高 速、 精确采集。 0005 为达到上述目的， 本发明所采取的技术方案为 ： 0006 一种高速线阵 CCD 信号的测量方法， 其实现如下 ： 光源通过狭缝， 形成一条光狭 缝， 通过立方棱镜、 物镜组成的光学系统， 产生。

10、瞄准的平行光束， 照射到目标棱镜 ； 目标棱镜 返射平行光束， 通过物镜、 立方棱镜， 折转后聚焦在光学系统的焦面上 ； CCD 位于光学系统 的焦面处， 接收到光狭缝信号， 转换为代表光狭缝信号强度和位置的像元电压信号， 通过接 收和处理 CCD 输出的像元电压信号， 得到目标棱镜与物镜光轴的相对转角信息， 实现目标 方位角测量。 0007 所述 CCD 选用 1024 像元的线阵 CCD 作为光电信号的转换器件， CCD 工作的主时钟 频率为 1.25MHz/ 占空比 1 ： 1， CCD 工作的场同步时钟为 500Hz/ 占空比 1 ： 1250， CCD 输出的 像元时钟频率为 312。

11、.5kHz/ 占空比 1 ： 1， 时钟跳变沿的同步要求为 20ns。 0008 选用 12 位的 A/D 转换器快速转换每一个像元电压信号， A/D 转换器的工作时钟与 CCD 的像元时钟频率相同， 同步时间为 19ns。 0009 选用 DSP 芯片实现 CCD 工作的主时钟、 CCD 工作的场同步时钟、 CCD 输出的像元时 钟、 A/D 转换器的工作时钟严格同步。 0010 所述 DSP 芯片的内部运行时钟频率为 20MHz， 内部有三个独立的定时器， 通过对定 时器编程设定的方式， 使 DSP 对应的 PWM 口输出的频率范围在 1Hz 10MHz 可调 ； 分别将 两个定时器的周期。

12、计数器设定为500Hz和1.25MHz对应的数值， 按照不同占空比的要求， 分 别设定两个比较计数器对应的数值， 同时将两个定时器设定为同步启动方式， 从而在 PWM1、 PWM2 输出口的得到了 500Hz/ 占空比 1 ： 1250 和 1.25MHz/ 占空比 1 ： 1 的两个时钟， 且两个 说 明 书 CN 103712597 A 3 2/3 页 4 时钟同步性优于 5ns ； 为得到另两个时钟信号， 将 1.25MHz 的时钟输入到一个二进制同步计 数器， 通过计数器的二分频和四分频后， 可以得到两个严格同步的625kHz和312.5kHz的方 波信号。 0011 所述 DSP 采。

13、用汇编语言， 利用 DSP 的高速指令， 在 1.6us 内完成一个 CCD 像元数据 的读取、 判断、 存储 ； 在 2ms 内实现一场 1024 个像元数据的处理、 光斑信号的识别、 细分处 理， 实现 0.1 个像元的 CCD 处理精度。 0012 本发明所取得的有益效果为 ： 0013 本发明所述高速线阵 CCD 信号的测量方法， 将 CCD 需要的三种时钟信号和信号转 换的时钟信号， 通过时钟分频电路、 时序变换电路实现， 实现了信号的良好同步和高速采 集 ； 采用 DSP 汇编语言， 利用 DSP 的高速指令， 在 1.6us 内完成一个 CCD 像元数据的读取、 判 断、 存储 。

14、； 在 2ms 内实现一场 1024 个像元数据的处理、 光斑信号的识别、 细分处理， 实现 0.1 个像元的 CCD 处理精度， 为实现瞄准系统 10ms 的控制周期、 15测角精度提供了可能 ： 0014 （1） 选用 1024 像元的线阵 CCD 作为光电信号的转换器件， CCD 工作的主时钟频率 为 1.25MHz， CCD 工作的场同步时钟为 500Hz， A/D 转换器件的采集时钟频率为 625kHz， 三种 时钟必须保证严格的时序要求 ； 0015 （2） 采用数字信号处理器 （DSP） 作为 CCD 信号采集、 处理的 CPU， 利用 DSP 内置的 时钟、 脉宽调制输出口， 。

15、辅以外围逻辑电路， 实现 CCD 时钟与 A/D 采集时钟的严格同步 ； 0016 （3） 采用 DSP 汇编语言， 利用 DSP 的高速指令， 在 1.6us 内完成一个 CCD 像元数据 的读取、 判断、 存储 ； 在 2ms 内实现一场 1024 个像元数据的处理、 光斑信号的识别、 细分处 理， 实现 0.1 个像元的 CCD 处理精度。 附图说明 0017 图 1 为 CCD 测角原理图 ； 0018 图 2 为 CCD 时钟与 A/D 时钟的时序图 ； 0019 图 3 为 CCD 时钟同步、 信号采集电路原理图 ； 0020 图中 ： 1、 目标棱镜 ； 2、 物镜 ； 3、 立。

16、方棱镜 ； 4、 狭缝 ； 5、 光源 ； 6、 CCD。 具体实施方式 0021 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0022 如图 1 所示， 本发明所述一种高速线阵 CCD 信号的测量方法实现如下 ： 光源 5 通 过狭缝 4， 形成一条光狭缝， 通过立方棱镜 3、 物镜 2 等组成的光学系统， 产生瞄准的平行光 束， 照射到目标棱镜 1 ； 目标棱镜 1 返射平行光束， 通过物镜 2、 立方棱镜 3， 折转后聚焦在光 学系统的焦面上 ； CCD6 位于光学系统的焦面处， 接收到光狭缝信号， 转换为代表光狭缝信 号强度和位置的像元电压信号， 通过接收和处理 CCD6 输出的像。

17、元电压信号， 得到目标棱镜 1 与物镜 2 光轴的相对转角信息， 实现目标方位角测量。 0023 所述 CCD6 选用 1024 像元的线阵 CCD 作为光电信号的转换器件， 如图 2 所示， CCD 工作的主时钟频率为 1.25MHz/ 占空比 1 ： 1， CCD 工作的场同步时钟为 500Hz/ 占空比 1 ： 1250， CCD输出的像元时钟频率为312.5kHz/占空比1 ： 1， 三种时钟的频率、 占空比差别非常 大， 时钟跳变沿的同步要求为 20ns， 时序要求严格 ； 为了快速转换每一个像元的信号， 选用 说 明 书 CN 103712597 A 4 3/3 页 5 了一款 1。

18、2 位的 A/D 转换器， A/D 转换器的工作时钟与 CCD 的像元时钟频率相同， 同步时间 为 19ns。 0024 如图 3 所示， 选用 DSP 芯片实现以上四种时钟严格同步， DSP 芯片的内部运行时钟 频率为20MHz， 内部有三个独立的定时器， 通过对定时器编程设定的方式， 使DSP对应的PWM 口输出的频率范围在 1Hz 10MHz 可调。分别将两个定时器的周期计数器设定为 500Hz 和 1.25MHz 对应的数值， 按照不同占空比的要求， 分别设定两个比较计数器对应的数值， 同时 将两个定时器设定为同步启动方式， 从而在 PWM1、 PWM2 输出口的得到了 500Hz/ 。

19、占空比 1 ： 1250 和 1.25MHz/ 占空比 1 ： 1 的两个时钟， 且两个时钟同步性优于 5ns。为得到另两个时钟 信号， 将 1.25MHz 的时钟输入到一个二进制同步计数器， 通过计数器的二分频和四分频后， 可以得到两个严格同步的 625kHz 和 312.5kHz 的方波信号。该方式下， 利用 DSP 内部时钟、 可编程计数器和一个外围二进制同步计数器， 实现了四种频率、 占空比差别大， 同步要求严 格的时钟信号， 为实现高速 CCD 采集提供的可能。 0025 采用 DSP 汇编语言， 利用 DSP 的高速指令， 在 1.6us 内完成一个 CCD 像元数据的读 取、 判断、 存储 ； 在 2ms 内实现一场 1024 个像元数据的处理、 光斑信号的识别、 细分处理， 实 现 0.1 个像元的 CCD 处理精度。 说 明 书 CN 103712597 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103712597 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103712597 A 7 。