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光电经纬仪模拟器的实时视频处理系统研制

郑华强  
【摘要】: 在航空航天和军事仿真等领域的许多系统开发研制过程中,试验飞行器外测数据的获取是必不可少的过程。光电经纬仪作为一种摄影测量设备的分支,广泛应用于动能飞行器外弹道测量数据获取和飞行状态的光学测量。然而由于动能飞行器具有轨迹复杂、速度极高、目标视场小并且辨别困难等特点,操作手必须经过严格的模拟训练才能准确跟踪飞行器。 在众多的经纬仪模拟训练方案中,基于经纬仪硬件接口的动目标模拟器是唯一能实现的真实,实时,全功能模拟经纬仪的方案,但由于技术水平制约,其实现难度较大。近年来,随着微电子技术、超大规模集成电路技术及数字信号处理技术的发展和广泛应用,这一方案得以实现。本文介绍了光电经纬仪模拟器中实时视频处理系统的软硬件的设计。 论文首先研究分析了光电经纬仪原可见光成像组件:1024×1024逐行扫描单色高精度像机DS-21-01M60和红外成像组件:基于斯特林制冷方式的中波红外成像仪的具体原理、接口及技术条件。 其次,作者参考并介绍了低摆幅差分信号传输技术原理、应用和设计方法,Camera Link接口标准的信号结构和端口模式及CVBS(基带全电视信号)信号的原理和结构。 再次,本文介绍了基于点阵的视频采样率变换理论和基于视频采样率变换滤波器设计,并根据系统需要的去隔行,帧频转换,视频缩放等具体应用分析了相关算法的原理,特点和不足。 随后,作者讨论了自己设计并绘制的PCB硬件平台,根据系统需求论证了系统的硬件方案,给出了硬件系统的各部分的芯片选择,平台的总体框图及具体设计过程,并重点分析了关键电路的电路原理,为经纬仪动目标模拟搭建了一个良好的硬件平台。 最后,本文介绍了FPGA的详细设计流程,设计了基于I2C总线的系统视频采集初始化方式和具体的寄存器配置,根据前文探讨的视频采样率变换算法设计了一种基于边缘检测和场内垂直滤波的运动自适应算法,在分析ITU-R BT.656的视频编码结构基础上实现了解码算法,并同时给出这些模块的实现结构,仿真波形及实际效果。 本设计源于与外单位的合作项目,设计成果将用于光电经纬仪动目标模拟器,有重要的实用意义。该系统充分利用了FPGA器件的优势,使系统更具灵活性,可裁剪性及良好的集成性等特点,而且整个系统具备良好的可升级性,为项目后续开发提供了平台基础。


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