一种高速线阵ccd信号的测量方法
【专利摘要】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。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。
【专利说明】—种局速线阵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)又称电荷稱合器件,是用大规模集成电路工艺制作而成，具有光电转换、存忙和光电扫描功能，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 —般采取位流输出的方式，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CXD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，产生猫准的平行光束，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输出的像兀电压信号,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CXD选用1024像元的线阵CXD作为光电信号的转换器件，CXD工作的主时钟频率为1.25MHz/占空比1:1，(XD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，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(XD的像元时钟频率相同，同步时间为19ns。
[0009]选用DSP芯片实现CXD工作的主时钟、CXD工作的场同步时钟、CXD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IHz?IOMHz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。
[0011]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C⑶像元数据的读取、判断、存储；在2!118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CXD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；在2!118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CXD处理精度，为实现瞄准系统IOms的控制周期、15"测角精度提供了可能:
[0014](I)选用1024像元的线阵CXD作为光电信号的转换器件，CXD工作的主时钟频率为1.25MHz，CXD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C⑶信号采集、处理的CPU，利用DSP内置的时钟、脉宽调制输出口，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CXD像元数据的读取、判断、存储；在2!118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CXD处理精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为CXD测角原理图；
[0018]图2为CXD时钟与A/D时钟的时序图；
[0019]图3为CXD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、立方棱镜；4、狭缝；5、光源；6、(XD。
【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CXD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I ;目标棱镜I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输出的像元电压信号，得到目标棱镜I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(XD6选用1024像元的线阵CXD作为光电信号的转换器件，如图2所示，CXD工作的主时钟频率为1.25MHz/占空比1:1，CXD工作的场同步时钟为500Hz/占空比1:1250，C⑶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，选用了一款12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IHz?IOMHz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CXD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CXD处理精度。
【权利要求】
1.一种高速线阵C⑶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(I);目标棱镜(I)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CXD (6)输出的像元电压信号，得到目标棱镜(I)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CXD作为光电信号的转换器件，CXD作的主时钟频率为1.25MHz/占空比1:1，CXD工作的场同步时钟为500Hz/占空比1:1250，C⑶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CXD (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CXD工作的主时钟、CXD工作的场同步时钟、CXD输出的像元时钟、A/D转换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IHz~IOMHz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PWMl、PWM2输出口的得到了500Hz/占空比I:1250和1.25MHz/占空比I: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。
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C⑶像元数据的读取、判断、存储；在21^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。
【文档编号】G01C1/00GK103712597SQ201210371499
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】王小军, 王岩, 宋顺利, 姜华, 刘潇雨, 贺永喜, 王学根 申请人:北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院