专利名称：一种红外和声融合跟踪预警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于信息技术领域，涉及一种预警装置，具体涉及一种既可 用于红外机动目标的跟踪处理，也能接收声探测传感器网络探测到的声探测 方位角数据，能实时对多个飞行目标进行定位跟踪并预警的装置。
背景技术：
随着传感器技术、电子技术和信号处理技术的飞速发展，各种探测与定 位技术得到深入研究和发展。然而在这么多种类的信息探测系统中，缺乏一 种探测系统，能处理两种或两种以上不同种类探测信息。比如，声探测系统 只处理声信号，而红外图像处理系统只处理红外图像。
声探测传感器网络提供了硬件融合系统所需要跟踪处理的飞行目标的 方位角数据，而红外图像探测器将提供红外图像信息。需要注意的是，随着
非制冷红外焦平面阵列(infrared focal plane array, IRFPA)探测器技术 的成熟，用IRFPA器件研制成的红外探测器，技术指标已能满足实用要求， 能看出10公里以外的飞行器，具有空间分辨率高，探测能力强的特点。
焦平面红外图像探测器与声探测传感器都采用被动工作方式，具有不易 受电子干扰，能够昼夜工作，隐蔽性好的特点。因此对这两种探测方式的研 究被军事领域所看好。被动声探测传感器由于采用声波原理并被动工作，因 此不受视线的限制，在云、雾等极端天气或者战场情况下能够正常工作，依 靠组网形成的声探测传感器网络可以扩大对低空或者超低空飞行目标的监 测和跟踪范围。但易受传感器本身精度、探测距离、风速、噪声的干扰，距 离越远探测精度越差。红外图像信息的分辨率高、探测距离远，对红外图像 的处理算法的研究比较丰富，能较好地发现目标，由于图像是二维信息，无 法得到目标的准确的坐标点， 一般起到预警的作用。另外，在多山或者多高 楼等复杂地形条件下，图像中的目标会被遮挡，对遮挡目标的跟踪，目前是学术界正在努力解决的问题，算法多有一定的局限性，真正应用于实战其效 果还有待检验。然而，就对低空目标的检测和跟踪而言，如果将两种系统的 特点加以融合，可以起到相互补充，提高整体探测、跟踪能力的效果。目标 在远处一般很少被遮挡，可以依靠红外图像处理进行预警，近处有遮挡则通 过声音的处理进行定位和跟踪，两种信息的获取均不理想，则将两种信息进 行有效的信息融合处理，图像提供目标的大体位置，声音在较小的范围内搜 寻目标，以提供整体跟踪预警效果。
目前，对传感器网络数据处理基本上都由传统的计算机进行处理，然而 传统的计算机体积大，成本高，野外生存能力不强，其可扩展性不是很强， 不利于战场情况下的应用。在当今战场情况下，对数据的快速处理能力和设 备的野外生存能力这些特点越来越被人们所重视。能否实时处理声探测传感 器网络的探测到的数据和红外探测器探测到的红外图像数据，并将这些数据 快速进行处理、传递，进而上报到指挥系统进行预警，对整个战场环境起着
越来越重要的作用。TI公司TMS320C6000系列数字信号处理芯片是目前多数 有代表性的图像处理系统的首选，通常用于环境监测、图像压縮、传输等环 境。其独有的视频端口可以连接任何民用摄像机，也支持红外摄像机的接口、 制式等，同时该系列芯片具有丰富的I/0接口，可以方便接收声探测器的探 测信息，其强大的数据处理能力和极快的运算速度，可以胜任声探测数据处 理系统和红外焦平面图像处理系统对信息的处理。 发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种红外和声融合跟踪预警装置。
本实用新型包括处理器DSP芯片、最小系统模块、通信模块、存储模块、 视频采集模块、显示电路模块、FPGA控制电路模块。
视频采集模块与FPGA控制电路模块信号连接，FPGA控制电路模块与处 理器DSP芯片信号连接，最小系统模块、通信模块、存储模块、显示电路模 块分别与处理器DSP芯片信号连接。本实用新型可同时对目标的红外图像和声音信号进行处理，从多维角度 对目标特征进行探测，提高了整体的观测效果，并且处理器DSP芯片具有强 大的红外图像处理功能，可提高对目标的图像处理实时性。
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，包括处理器DSP芯片3、视频采集模块1、 FPGA控制电路 模块2、最小系统模块4、通信模块5、显示电路模块6、存储模块7。
视频采集模块1与FPGA控制电路模块2信号连接，FPGA控制电路模块 2与处理器DSP芯片3信号连接，最小系统模块4、通信模块5、显示电路模 块6、存储模块7分别与处理器DSP芯片3信号连接。
各模块的主要功能如下
1. 处理器DSP芯片采用TI公司的C6000系列DSP芯片，用作系统控 制和数据处理。
2. 存储模块:采用两块大容量的SDRAM芯片，其用来存储红外图像数据 和红外图像处理高级算法程序运行过程产生的数据。 一块FLASH芯片，用来 存储DSP系统自举程序和固化红外图像算法与声探测定位算法。
3. 最小系统模块:系统的JTAG调试电路、电源电路、电源监控电路、时 钟电路构成最小系统模块。JTAG电路用于调试DSP的硬件部分；电源电路采 用DC-DC开关电源，提供整个系统的电压。电源监控模块用来监控系统的电 压变化，防止电压变化过大影响系统。时钟电路提供系统工作的时钟输入。
4. 通信模块串口与网口用来传输数据，外接一个扩展UART芯片，用于 数据的异步串行传输。DSP片内集成了标准的Mil (Media ind印endent interface),可直接连接PHY。
5. 视频采集与显示电路模块由红外焦平面探测器、A/D和D/A转换芯片 FPGA以及监视器组成。FPGA具有足够的I/O 口，通过内部VHDL语言编程， 可与任意A/D芯片进行连接。ADC芯片用于红外焦平面探测器的数据转化；FPGA芯片通过其I/O管脚控制ADC的片选信号和连接ADC的地址信号线，其 时钟管脚提供A/D的采样时钟信号；D/A转换芯片用于将数字图像作为模拟 图像进行输出。
6. FPGA控制电路模块:主要由FPGA主芯片和专用配置芯片构成，包括4 块SRAM静态存储器和JTAG 口 。 FPGA芯片存储固化的程序和算法，掉电不丢 失信息。4块SRAM中有两块用来存储图像数据，有两块存储红外图像预处理 算法所需的校正系数。JTAG 口可在线对FPGA芯片进行烧写，并将程序固化 到其配置芯片上。
上电后，FPGA的配置芯片也在上电的过程中，加载程序到FPGA， Flash 也将DSP部分的电路进行初始化。应用程序采用RF5参考模型，可将若干个 运行的任务进行优先级划分，按照优先级对任务进行调用。在这里，主要考 虑的是声探测任务跟红外图像任务之间的协调。图像主要起预警作用，而声 探测数据则用来对目标进行有效定位。声探测系统1秒钟处理一组方位角数 据，对算法要求较高，而红外图像主要起预警作用，其算法相对来说较简单， 但是需要保证图像处理的实时性。根据第一部分背景知识中的系统的运行过 程，可将任务分为3种情况。第一种为当无红外图像目标，具体过程为对 当前时刻的帧信息与前一时刻的帧信息进行图像差值处理，如差值帧信息结 果小于一预设阀值，则不进行后续图像处理，声探测任务优先级为最高，持 续处理声探测信息；第二种情况为在远处发现红外目标，即差值图像大于阀 值，进行后续图像处理，同时，发送中断给DSP控制器，中断声探测信息处 理的任务，转而执行红外图像的任务，当任务执行完毕，再继续执行中断之 前的任务；第三种情况为两种探测器均发现目标，由于一秒钟之内完全可以 处理完一组声探测传感器探测到的数据，因此在完成一组声探测数据后，发 送中断信号给图像任务，图像任务对一帧图像进行处理，由于图像算法简单， 可保证在一秒钟时刻完成前完成图像的一帧处理。出现的红外图像可发出预 警信号，而声探测算法对目标信息进行有效定位。
FPGA处理两点校正算法的工作流程如下首先DSP接受ADC数据，采集两帧原始图像，由两点校正公式计算出增益和偏移量，分别存入外部SRAM1 与SRAM2; 1秒内A/D输出的信息为320*240*8*25/1024=3000Kbit ，约为 3Mb图像信息。FPGA内部有64Kbit的RAM空间，可提供足够的内存空间进 行两点校正算法，且其内部逻辑资源可设置两级FIFO，前一级作为运算空间， 后一级作为缓存空间，两级FIFO协同工作，确保运算时不丢失信息。FPGA 接受ADC的数据，并査找对应的增益和偏移量，经乘加运算后得到校正后的 数据，并将数据存入图像存储器件SRAM3和SRAM4中；FPGA处理完一帧图像 后通过中断方式通知DSP， DSP响应中断后将图像进行高级处理流程，比如 红外目标的识别等。SRAM3和SRAM4工作在乒乓缓存方式，FPGA校正完一帧 图像并将其存放在SRAM3，此时发送中断给DSP， DSP响应中断并将图像数据 搬移到DSP部分；与此同时，下一帧图像也进行图像算法预处理，并将处理 结果放入SDRAM4中，并且再发送中断给DSP。 SRAM3与SRAM4交替存放校正 后的图像数据，大大减少了图像处理的等待时间。
处理完一帧图像数据，FPGA就发送一个中断给DSP，通知其进行图像的 高级处理，然后将经由DSP的EDMA通道存入DSP的内部L2 SRAM中进行处 理，图像数据比较大，处理过程可在映射空间SDRAM中进行。DSP的EMIF 读写速度为133MHZ，大大高于A/D的5MHZ的输出数据的速率，因此，DSP 有充分的时间对A/D输入的数据做出响应。视频输出部分是利用DSP的视频 口和视频编码芯片直接连接。视频FIFO通过EDMA和存储器进行数据传输。 DSP的视频口与编码器无缝连接，编码器对信号进行编码和数模转换，生成 PAL或NTSC制式的复合视频信号，通过监视器显示出来。图像数据也可以通 过以太网传递给下一级处理中心进行下一级的处理。
权利要求1、一种红外和声融合跟踪预警装置，包括处理器DSP芯片、最小系统模块、通信模块、存储模块、视频采集模块、显示电路模块、FPGA控制电路模块，其特征在于视频采集模块与FPGA控制电路模块信号连接，FPGA控制电路模块与处理器DSP芯片信号连接，最小系统模块、通信模块、存储模块、显示电路模块分别与处理器DSP芯片信号连接。
专利摘要本实用新型涉及一种红外和声融合跟踪预警装置。现有技术跟踪预警效果不好。本实用新型中视频采集模块与FPGA控制电路模块信号连接，FPGA控制电路模块与处理器DSP芯片信号连接，最小系统模块、通信模块、存储模块、显示电路模块分别与处理器DSP芯片信号连接。本实用新型可同时对目标的红外图像和声音信号进行处理，从多维角度对目标特征进行探测，提高了整体的观测效果，并且处理器DSP芯片具有强大的红外图像处理功能，可提高对目标的图像处理实时性。
文档编号G06K9/00GK201364586SQ20092011590
公开日2009年12月16日 申请日期2009年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者燕 左, 朱哲科, 朱胜利, 郭云飞, 陈华杰 申请人:杭州电子科技大学