凝视红外成像寻的制导信息处理机设计与实现

论文摘要

相对于可见光,红外有着更强的穿透力及不受昼夜影响等特点,因此红外成像制导广泛用于各类精确制导武器,得到了很多国家军方的重视。红外成像制导多用于被动寻的制导系统,制导系统中的信息处理机使用图像跟踪和测量的方法控制武器飞向目标。作为红外成像制导系统中的关键部件,信息处理机性能的高低直接影响到制导系统的制导效果。本文在分析红外成像制导的特点、关键技术、应用发展状况和课题要求的基础上,设计实现了以DSP+FPGA为构架的实时信息处理机硬件。最后讨论研究了两种常用的图像预处理算法在FPGA上的实现,并在信息处理机上实现了这两种图像预处理算法。归纳起来,本文主要工作如下:1.分析了DSP、FPGA和几种常用结构体系的特点,并结合实时图像处理的特点和课题的设计要求,确定了以DSP+FPGA为构架的设计思想以及DSP和FPGA的芯片型号。2.在确定基本构架的前提下,运用模块化设计思想将信息处理机划分为:中央控制单元、图像高速处理单元和外围辅助电路单元,提出了信息处理机的硬件设计方案。并对电源电路、DSP复位电路和中断控制等几个关键电路进行了分析,确定了各种芯片的选型。3.按照划分的功能模块,详细描述了各模块的具体设计方法。分析了PCB设计一般规则,结合处理机工作环境,确立了电磁兼容性设计要求,完成了信息处理机的硬件研制工作。4.根据课题对信息处理机所要实现的图像处理要求,研究了两种与课题要求联系紧密图像预处理算法,并将流水线处理技术和并行处理等技术应用到FPGA电路设计中,实现了这两种预处理算法的FPGA设计,实验表明算法提高了图像处理速度,节省了硬件开销。目前信息处理机的硬件联调工作已经完成,并在09年9月份进行了外场挂飞试验。从试验效果来看,信息处理机的硬件设计完全符合设计要求。下一步的任务是进一步研究对地面目标的识别与跟踪技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 课题研究任务
• 1.2.1 凝视红外成像制导系统的组成和关键技术
• 1.2.2 课题研究任务
• 1.3 本文的主要工作和内容
• 第二章 信息处理机整体硬件设计方案
• 2.1 前言
• 2.2 设计要求分析
• 2.2.1 信息处理机主要功能
• 2.2.2 信息处理机部分技术指标及结构要求
• 2.2.3 信息处理机外部接口要求
• 2.3 信息处理机体系结构
• 2.3.1 信息处理机的工作流程
• 2.3.2 信息处理机的体系结构
• 2.4 硬件详细说明及芯片选型
• 2.4.1 FPGA 选型分析
• 2.4.2 DSP 选型分析
• 2.4.3 其他芯片的选型
• 2.4.4 敏感电路分析
• 2.5 小结
• 第三章 信息处理机具体硬件实现
• 3.1 前言
• 3.2 图像预处理器及控制模块
• 3.2.1 视频接收及发送电路
• 3.2.2 串行通信控制电路
• 3.2.3 FPGA 初始化配置电路的设计
• 3.4.4 FPGA 其他外部电路及控制功能
• 3.3 高速处理器及存储模块
• 3.3.1 EMIFB 接口设计
• 3.3.2 EMIFA 接口设计
• 3.3.3 高速处理器时钟电路、复位电路
• 3.4 视频合成模块及电源电路设计
• 3.4.1 视频合成模块的设计
• 3.4.2 电源的设计
• 3.5 PCB 设计
• 3.5.1 高速PCB 板设计原则
• 3.5.2 PCB 布局布线
• 3.6 小结
• 第四章 基于FPGA 的图像预处理
• 4.1 前言
• 4.2 卷积的硬件实现
• 4.3 中值滤波技术
• 4.3.1 中值滤波各模块实现
• 4.3.2 实验结果
• 4.4 边缘检测算法
• 4.4.1 算法实现原理及方法
• 4.4.2 算法实现流程
• 4.4.3 实验结果
• 4.5 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果