導(dǎo)語：如何才能寫好一篇光電跟蹤技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：太陽能；光伏電站；太陽輻射；MPPT；控制方法

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.145

、0 引言

太陽能是一種可再生的清潔能源，具有取之不盡，用之不竭的特點(diǎn)，隨著不可再生能源的不斷枯竭，太陽能得到人們更多的開發(fā)和利用，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。討論太陽能利用技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于太陽能的發(fā)展和利用起到重要作用。近年來，新能源在全球能源結(jié)構(gòu)中的地位顯著提升。[1]多種太陽能熱利用方式的綜合發(fā)展，將為世界節(jié)能減排以及煤油替代和能源消耗結(jié)構(gòu)調(diào)整做出巨大貢獻(xiàn)，將有非常巨大的發(fā)展空間。

1 國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀

光伏發(fā)電具有清潔、安全、無污染等優(yōu)點(diǎn)，但目前，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)成本高，其應(yīng)用受到很大的影響。通過提高光伏轉(zhuǎn)換效率，降低單位功率輸出的成本，提高了使用壽命。

光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)和最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)已受到了全球的關(guān)注，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)備受其國(guó)外學(xué)者的青睞。目前光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)也已成為國(guó)內(nèi)熱門研究的技術(shù)之一。

2 光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法

2.1 非自尋優(yōu)的MPPT控制方法

曲線擬合法[2]：由于需要測(cè)量溫度和太陽光強(qiáng)度，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且可以根據(jù)時(shí)間的推移改變光伏特性曲線。所以此方法并不廣為所用。

2.2 自尋優(yōu)的MPPT控制方法[3]

此類方法是目前研究比較廣泛的控制方法，因?yàn)榇祟惙椒ú恢苯訖z測(cè)外界環(huán)境的因素變化，而是依據(jù)直接檢測(cè)到的光伏板陣列上的電壓和電流來進(jìn)行最大功率點(diǎn)的跟蹤。

干擾觀察法：該方法的優(yōu)點(diǎn)是控制算法比較簡(jiǎn)單，對(duì)電量傳感器的精度要求不高。其缺點(diǎn)是

A.總是在附近的最大功率點(diǎn)的光伏沖擊操作，會(huì)產(chǎn)生一定量的功率損耗。

B.跟蹤步長(zhǎng)的設(shè)定難以兼顧跟蹤精度和響應(yīng)速度，并且有時(shí)會(huì)出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤的現(xiàn)象[4]。

目前已有文獻(xiàn)針對(duì)干擾觀察法的缺點(diǎn)進(jìn)行了研究改進(jìn)，提出了多種改進(jìn)的方法和對(duì)策。

3 三種典型MPPT方法的比較（見表1）

4 MPPT控制方法研究發(fā)展方向

（1）數(shù)學(xué)模型逐步優(yōu)化、智能處理方法廣泛應(yīng)用?；谀：壿嫼腿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的MPPT控制方法進(jìn)行了介紹，雖然人工智能中有許多缺陷，但它仍然比在某些方面，人類的思維。

（2）多種控制方法的有機(jī)結(jié)合[5]。由于各種MPPT方法有一些缺點(diǎn)和局限性，改善它必須支付實(shí)施難度和成本的價(jià)格，各種方法的有機(jī)結(jié)合，可以避免弱點(diǎn)，還可以充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語

本文介紹了光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的幾種方法，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了剖析和對(duì)照。對(duì)目前在最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域存在的一些問題進(jìn)行了討論。如何將各種最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法有機(jī)結(jié)合，相互補(bǔ)充，使其能夠更好的滿足實(shí)際需要，是今后光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

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[2]盧靜，翟海青，劉純，王曉蓉.光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)方法研究[J].華東電力，2010（04）：563-567.

[3]楊蕾.太陽能光伏電站輸出功率預(yù)測(cè)研究[D].蘭州交通大學(xué)，2014.

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【關(guān)鍵詞】光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)；傳感器；融合跟蹤

The Design and Realization of multiple sensors Fusion Tracking for the photoelectrical theodolite

（Troops 91351，Qiao Tie-ying，Yang Hai-qing）

Abstract：Though design the multiple sensor frame and fusion tracking arithmetic，This paper designed and realization of multiple sensors fusion tracking for the photoelectrical theodolite.A photoelectrical theodolite is designed which is be maked up of the visible light measurement，the infrared measurement and the laser measurement，the single station location measurement function is realized for the different environmental contexts.

Key words：photoelectrical theodolite；sensor；Fusion Tracking

1.引言

目前，光電測(cè)量技術(shù)得到了極大的發(fā)展，其中可見光測(cè)量技術(shù)、紅外測(cè)量技術(shù)和激光測(cè)距技術(shù)日益成熟，多種型號(hào)多種功能的光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)在不同的軍用民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如果在一套光電測(cè)量系統(tǒng)中，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，綜合可見光、紅外光等多種測(cè)量技術(shù)融合跟蹤，并形成單站定位能力，將大大提高光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的功能，在各種應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

2.多傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 傳感器的特點(diǎn)與功能

為實(shí)現(xiàn)近、遠(yuǎn)程目標(biāo)的捕獲跟蹤和單站定位能力，選擇測(cè)量電視系統(tǒng)、變焦距捕獲電視系統(tǒng)、中波紅外測(cè)量系統(tǒng)、長(zhǎng)波紅外測(cè)量系統(tǒng)和激光測(cè)距系統(tǒng)，集成安裝在同一套光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)上。

測(cè)量電視焦距較長(zhǎng)，主要完成對(duì)目標(biāo)的高精度測(cè)量，兼顧對(duì)目標(biāo)的捕獲和跟蹤；變焦距捕獲電視焦距變化范圍大，可實(shí)現(xiàn)對(duì)近距離目標(biāo)的捕獲、跟蹤，采用廣播級(jí)的3CCD彩色相機(jī)，圖像具有良好的質(zhì)量；中波紅外系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)低能見度時(shí)對(duì)目標(biāo)的捕獲、跟蹤和測(cè)量；長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)可在夜間實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的捕獲、跟蹤和測(cè)量，同時(shí)也可分辨目標(biāo)的輪廓；激光測(cè)距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離的測(cè)定，實(shí)現(xiàn)光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)單站定位的功能。

2.2 總體布局與結(jié)構(gòu)

光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)中的經(jīng)緯儀配備的傳感器較多，總體布局與設(shè)計(jì)的原則是最大限度的集中于主視軸周圍，以減少各傳感器間軸系誤差對(duì)總測(cè)角精度的影響。圖中測(cè)量電視系統(tǒng)位于中心主視軸，捕獲電視和激光測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量電視上方，中波紅外系統(tǒng)和長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)位于測(cè)量電視下方。結(jié)構(gòu)如圖所示。

2.3 垂直軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 功能和組成

由于垂直軸系形成跟蹤架的方位軸線，實(shí)現(xiàn)方位角測(cè)量、跟蹤驅(qū)動(dòng)、角速度反饋功能，所以，垂直軸系精度將直接影響水平軸系和跟蹤架精度，對(duì)經(jīng)緯儀總體精度起著決定性作用。

光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)垂直軸系主要由12個(gè)部分組成，分別為：轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直軸、導(dǎo)電環(huán)、編碼器、導(dǎo)電環(huán)聯(lián)接件、電控箱、方位力矩電機(jī)、徑向軸承、止推軸承、基座、起落部件、承載圈。

2.3.2 垂直軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

止推軸承采用上、下軸承環(huán)分離，徑向三排滾珠均布在兩軸承環(huán)之間的結(jié)構(gòu)；

徑向軸承環(huán)之間裝有精密加工而成的優(yōu)質(zhì)軸承鋼滾柱，采用適當(dāng)?shù)倪^盈配合，過盈范圍0.004mm～0.006mm；

散裝結(jié)構(gòu)具有傳動(dòng)剛度好，承載能力大和旋轉(zhuǎn)精度高等優(yōu)點(diǎn)；

基座、轉(zhuǎn)臺(tái)采用高強(qiáng)度鑄鐵并配以足夠的加強(qiáng)筋鑄成，保證了軸承環(huán)的剛度和良好的支撐剛度及穩(wěn)定性，有利于達(dá)到垂直軸系的精度要求。保證了機(jī)械的扭轉(zhuǎn)剛度和較高的機(jī)械諧振頻率。

2.4 水平軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 功能和組成

水平軸系形成跟蹤架的俯仰軸線，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的俯仰角測(cè)量、跟蹤驅(qū)動(dòng)、角度反饋、角度限位、手動(dòng)機(jī)動(dòng)切換等功能。在水平軸系統(tǒng)上安裝有主光學(xué)系統(tǒng)、紅外光學(xué)系統(tǒng)等光學(xué)傳感器。在垂直軸、水平軸力矩電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤，由各角度編碼器分別輸出方位和高低角度測(cè)量數(shù)據(jù)。

水平軸系包括左立柱、右立柱、四通、左軸、右軸、止推軸承、徑向軸承、俯仰編碼器、俯仰力矩電機(jī)、停檔機(jī)構(gòu)、手動(dòng)-電動(dòng)切換機(jī)構(gòu)等。安裝在垂直軸的轉(zhuǎn)臺(tái)上，跟隨轉(zhuǎn)臺(tái)左方位旋轉(zhuǎn)，四通與左軸、右軸連接在一起，支撐在左立柱和右立柱上。

2.4.2 水平軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)臺(tái)、底座、承載圈的材料皆選用HT-300灰口鑄鐵，即高強(qiáng)度、低應(yīng)力鑄鐵，可鑄成薄壁結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜的零件。鑄件的殘余變形和翹曲變形小，表面光潔，消振性能好，抗壓強(qiáng)度大。經(jīng)鑄態(tài)時(shí)效、精加工前時(shí)效，硬度為HB≥240，sb=300N/mm2，彈性模數(shù)：E0=14000～15000kg/mm2，剪切模數(shù)：G=5600kg/mm2；

采用9Cr18結(jié)構(gòu)合金鋼，經(jīng)穩(wěn)定化處理后，尺寸穩(wěn)定性好。淬火硬度：HRC59～60。強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)，“三防”性能好；

f900的軸承環(huán)及鋼球均采用Gcr15SiMn軸承鋼，經(jīng)淬火處理硬度：HRC58～60。強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、耐磨性好；

所有標(biāo)準(zhǔn)件都進(jìn)行染黑，硅油封閉，鍍鉻、鍍鎳磷等“三防表面處理；

儀器外表面進(jìn)行機(jī)械加工，達(dá)到減輕重量、漆層牢固、外形美觀。

3.融合跟蹤算法

融合跟蹤是利用多傳感器數(shù)據(jù)源的信息進(jìn)行融合處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)軌跡的精確預(yù)測(cè)，從而保證在數(shù)據(jù)源遇到干擾的情況下依然能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤。融合處理過程主要有時(shí)間同步和量綱對(duì)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)以及狀態(tài)估計(jì)。

3.1 時(shí)間同步和量綱對(duì)準(zhǔn)

系統(tǒng)接收電視處理器等多傳感器數(shù)據(jù)源后，首先對(duì)各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行量綱統(tǒng)一，統(tǒng)一基準(zhǔn)為編碼器碼值。此外由于各傳感器的工作頻率及處理時(shí)間不同，觀測(cè)的數(shù)據(jù)存在時(shí)間差，在融合前進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊?？紤]到編碼器的采樣頻率最高，其它傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)同步到該時(shí)間基準(zhǔn)上來，同步方法采用卡爾曼濾波器的預(yù)測(cè)方程和誤差協(xié)方差矩陣。

假定在時(shí)刻得到第個(gè)電視傳感器在時(shí)刻的脫靶量，則將時(shí)刻的編碼器值與脫靶量相加后得到帶有觀測(cè)誤差的目標(biāo)位置值，利用卡爾曼濾波方程求該時(shí)刻目標(biāo)狀態(tài)的濾波估計(jì)后，則目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)的同步方程：

協(xié)方差的同步方程：

根據(jù)上述兩式得到和后，即可根據(jù)加權(quán)航跡融合算法，忽略各傳感器之間的互協(xié)方差，得到目標(biāo)的融合軌跡：

3.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與狀態(tài)估計(jì)

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)就是判斷觀測(cè)點(diǎn)跡是航跡上的真點(diǎn)跡還是噪聲造成的假點(diǎn)跡。如果是真點(diǎn)跡則更新目標(biāo)的航跡，如果是假點(diǎn)跡則予以剔除。假定電視傳感器時(shí)刻得到的點(diǎn)跡為真點(diǎn)跡，則根據(jù)卡爾曼濾波方程可得到時(shí)刻的目標(biāo)濾波點(diǎn)跡，經(jīng)過一個(gè)電視采樣周期后，電視傳感器得到時(shí)刻的目標(biāo)點(diǎn)跡。判斷該時(shí)刻點(diǎn)跡是否為真點(diǎn)跡的具體做法是，利用卡爾曼預(yù)測(cè)方程得到時(shí)刻的目標(biāo)預(yù)測(cè)點(diǎn)跡，然后以該預(yù)測(cè)點(diǎn)跡為中心，設(shè)置一關(guān)聯(lián)門，若目標(biāo)點(diǎn)跡落在關(guān)聯(lián)門內(nèi)，則認(rèn)為是真點(diǎn)跡，否則認(rèn)為是假點(diǎn)跡。以選取矩形關(guān)聯(lián)門為例，此時(shí)判定準(zhǔn)則為：

式中：——測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差，

——卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差，

——門限系數(shù)。

狀態(tài)估計(jì)采用卡爾曼濾波器，假定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程形式：

觀測(cè)方程：

這時(shí)目標(biāo)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)為：

其中，表示在時(shí)刻預(yù)測(cè)時(shí)刻狀態(tài)值，即卡爾曼一步預(yù)測(cè)方程，增益的求解是遞歸進(jìn)行。事先假定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性以及系統(tǒng)噪聲、測(cè)量噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。

4.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種多種傳感器光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多傳感器綜合設(shè)計(jì)安裝和數(shù)據(jù)融合跟蹤功能。將多個(gè)電視脫靶量數(shù)據(jù)與編碼器數(shù)據(jù)合成出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，用于引導(dǎo)設(shè)備跟蹤，不僅使光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)具備了各種環(huán)境和背景下的跟蹤測(cè)量能力，而且在某一傳感器測(cè)量脫靶量數(shù)據(jù)出現(xiàn)暫時(shí)性的錯(cuò)誤情形下依然能保持目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤，提高了系統(tǒng)跟蹤的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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[2]程詠梅，潘泉，張洪才.紅外/雷達(dá)傳感器協(xié)同跟蹤算法研究[J].火力與指揮控制，2001（03）.

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篇3

關(guān)鍵詞：光電技術(shù)；教學(xué)改革；光電裝備；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）29-0099-03

一、引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)日新月異的特點(diǎn)，新技術(shù)總是最先應(yīng)用在與國(guó)家安全密切相關(guān)的領(lǐng)域和裝備上，院校教學(xué)如果過于注重裝備本身的使用和維護(hù)層面，那么幾年之后學(xué)生走出校門，必然造成所學(xué)技術(shù)的滯后，面對(duì)工作崗位上的新裝備，學(xué)生就會(huì)感到無所適從，產(chǎn)生畏難情緒，這對(duì)提高部隊(duì)的戰(zhàn)斗力以及學(xué)生的后續(xù)發(fā)展都將產(chǎn)生不利影響。系統(tǒng)的部隊(duì)院校教學(xué)和教學(xué)改革，既要依托現(xiàn)有裝備打牢學(xué)生的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的基本專業(yè)技能，同時(shí)又必須重視培養(yǎng)學(xué)生思想和思維的前瞻性，才能為學(xué)生的后續(xù)發(fā)展以及裝備的創(chuàng)新提供持久動(dòng)力。

二、光電技術(shù)課程教學(xué)改革的必要性

近年來發(fā)生的多次高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)反復(fù)證明，光電裝備在軍事上的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)對(duì)作戰(zhàn)方式和作戰(zhàn)效能產(chǎn)生了重大影響，成為現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上軍事高技術(shù)對(duì)抗的制高點(diǎn)之一。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，光電裝備的發(fā)展水平，在一定程度上決定著武器系統(tǒng)的先進(jìn)程度，是衡量武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的重要標(biāo)志，是贏得高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的重要保證。院校作為人才培養(yǎng)的主陣地，應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)信息化條件下人才培養(yǎng)的需求和新變化，以培養(yǎng)學(xué)員裝備保障指揮能力為目標(biāo)，不斷提高培養(yǎng)人才的全面素質(zhì)和技術(shù)水平。

“光電技術(shù)”課程是軍用光電工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程是激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、微光夜視和紅外熱像等后續(xù)光電裝備課程的必備基礎(chǔ)?！肮怆娂夹g(shù)”課程涉及面非常廣，本課程中所學(xué)到的知識(shí)將貫穿光電類專業(yè)學(xué)生本科乃至研究生培養(yǎng)階段的全過程，課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)裝備課的教學(xué)，最終將影響所培養(yǎng)軍事技術(shù)人才的質(zhì)量，所以深化光電技術(shù)課程的教學(xué)改革，對(duì)于提高課程建設(shè)水平和提高教學(xué)質(zhì)量具有非常重要的意義。

三、“光電技術(shù)”課程教學(xué)中存在的問題

“光電技術(shù)”課程內(nèi)容覆蓋面廣，是涉及應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)、微電子技術(shù)、模擬和數(shù)字電路技術(shù)等多門類的交叉學(xué)科，需要掌握的知識(shí)點(diǎn)和內(nèi)容繁雜[1]。若教學(xué)內(nèi)容組織不夠合理，邏輯主線不夠清晰，理論聯(lián)系實(shí)際不夠緊密，很容易讓學(xué)員產(chǎn)生內(nèi)容復(fù)雜、零散、科普化的感覺，勢(shì)必影響教學(xué)效果。在教學(xué)實(shí)踐中我們就發(fā)現(xiàn)了這樣的問題：許多學(xué)員在學(xué)完光電技術(shù)課進(jìn)入光電類裝備課學(xué)習(xí)時(shí)，或者畢業(yè)到了部隊(duì)接觸新的裝備時(shí)，仍感到有一定困難，在一定程度上缺乏解決實(shí)際問題的能力。為什么學(xué)員已經(jīng)學(xué)習(xí)了專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，甚至學(xué)習(xí)了多種不同型號(hào)的裝備課程，但在實(shí)際工作中卻不能很好地發(fā)揮作用呢？因此，針對(duì)這個(gè)問題，研究在信息化條件下，如何在光電技術(shù)課程的教學(xué)過程中融入光電裝備的新理論、新技術(shù)，使學(xué)員意識(shí)到光電技術(shù)課程的重要作用，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，是一項(xiàng)重要而有意義的課題。

傳統(tǒng)的光電技術(shù)課程教學(xué)，雖然理論性和系統(tǒng)性比較完善，包括了輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ)、光電轉(zhuǎn)換的基本理論、光電器件的基本工作原理、光電探測(cè)的基本方法和光電系統(tǒng)構(gòu)成和設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容，但是作為教材，其課程內(nèi)容體系的形成需要有個(gè)過程，很難做到與光電裝備的更新?lián)Q代同步更新，教材中所采用的案例素材比較經(jīng)典。作為一門技術(shù)基礎(chǔ)類課程，從技術(shù)層面和應(yīng)用層面看，案例素材的時(shí)代感和創(chuàng)新性稍顯不足，主要是沒有充分體現(xiàn)出現(xiàn)代新型光電裝備發(fā)展中的新技術(shù)和新方法，或者說在教材內(nèi)容中能夠體現(xiàn)現(xiàn)代光電裝備中新思想的案例素材比較少，時(shí)代感不強(qiáng)?？傊瑐鹘y(tǒng)光電技術(shù)課程在教材的選題上缺乏針對(duì)性和時(shí)效性，與新型光電裝備的結(jié)合點(diǎn)不夠突出，從而在一定程度上導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，進(jìn)而影響學(xué)生分析和解決實(shí)際問題能力的鍛煉培養(yǎng)。

四、新型光電裝備及其發(fā)展趨勢(shì)

立足軍用光電工程專業(yè)的特點(diǎn)，以培養(yǎng)適應(yīng)信息化軍隊(duì)建設(shè)、打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)需要的從事軍用光電裝備技術(shù)保障的高素質(zhì)新型裝備人才為目標(biāo)，依據(jù)“緊扣教學(xué)重點(diǎn)、瞄準(zhǔn)發(fā)展前沿、突出軍事特色”的原則，緊貼光電裝備的發(fā)展，結(jié)合當(dāng)前軍用光電裝備所涉及的新型光電器件、光電探測(cè)方法以及光電信息處理方法，旨在將光電技術(shù)課程與光電裝備發(fā)展的核心理論、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行多角度的融合，深化光電技術(shù)課程改革，使光電技術(shù)課程與光電裝備教學(xué)相輔相成，提高學(xué)員對(duì)光電裝備的理解深度和應(yīng)用光電技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)解決武器裝備問題的工程實(shí)踐能力，全面提升學(xué)員的專業(yè)綜合素質(zhì)。

信息化時(shí)代，軍用光電技術(shù)與光電裝備呈現(xiàn)出多波段、多模式、一體化、網(wǎng)絡(luò)化、高精度的發(fā)展趨勢(shì)。工作波段涵蓋紫外、可見光、近紅外、中長(zhǎng)波紅外、毫米波與厘米波等多波段頻譜范圍；探測(cè)模式從能量探測(cè)向能量與光譜探測(cè)結(jié)合的多模式方向發(fā)展；實(shí)現(xiàn)警戒―跟蹤、偵察―跟蹤、跟蹤―制導(dǎo)、跟蹤―通信、跟蹤―火控等多功能一體化；實(shí)現(xiàn)單機(jī)單控設(shè)備向臺(tái)多傳感器、臺(tái)多系統(tǒng)、多平臺(tái)多傳感器以及多平臺(tái)多系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；系統(tǒng)定位、定向、測(cè)距的精度大幅度提高[2]。這些采用先進(jìn)光電技術(shù)的裝備和武器系統(tǒng)在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了重要作用。當(dāng)前世界各國(guó)尤其是軍事大國(guó)，都非常重視光電技術(shù)的開發(fā)研究。例如，美國(guó)投入數(shù)億美元研制生產(chǎn)第三代凝視型焦平面陣列紅外探測(cè)器。洛克希德?馬丁公司同休斯公司合作研制艦載紅外點(diǎn)源探測(cè)（IRST）系統(tǒng)，以對(duì)付來襲的巡導(dǎo)導(dǎo)彈，項(xiàng)目耗資1500萬美元，兩年完成。航天與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心還同洛克希德?馬丁公司導(dǎo)彈與航天部門簽訂了159億美元合同，進(jìn)行空間的紅外系統(tǒng)（SBIRS）高級(jí)組件的設(shè)計(jì)與制造研究[3]。

我軍在先進(jìn)光電裝備的研發(fā)方面也投入了大量精力。例如APD光電探測(cè)器和鎖相放大技術(shù)用于激光告警和光電探測(cè)；小型化的半導(dǎo)體激光器及其高頻調(diào)制特性用于研制新型激光駕束制導(dǎo)儀；新型拉曼頻移激光測(cè)距機(jī)中利用非線性光學(xué)理論對(duì)1.064μm激光頻移，產(chǎn)生人眼安全的1.54um激光；激光末端制導(dǎo)武器系統(tǒng)激光照射指示器采用電光調(diào)制和預(yù)燃電弧源產(chǎn)生高重頻脈沖序列，指示和導(dǎo)引炮彈命中目標(biāo)；光電聯(lián)合相關(guān)處理技術(shù)用于目標(biāo)的快速識(shí)別、跟蹤探測(cè)和火力指揮與控制等等。同時(shí)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電裝備的性能得以迅速提升。隨著光電陰極激活工藝和制備工藝的改進(jìn)，促使微光夜視裝備朝著靈敏度更高、響應(yīng)波段更大的方向發(fā)展。四代微光器件不僅可以直接利用微光夜視的光電轉(zhuǎn)換、電子聚焦、倍增、顯示等，而且具有直接平面列陣凝視、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著新型紅外探測(cè)器的發(fā)展，紅外熱成像儀將從單波段探測(cè)向多波段探測(cè)發(fā)展，并且逐步實(shí)現(xiàn)小型化，特別是在單兵光電系統(tǒng)中[4]，小型化輕量級(jí)光電裝備的發(fā)展非常迅速。就激光裝備而言，發(fā)展人眼安全、大氣傳輸性能好的激光裝備是未來的發(fā)展方向。

五、光電技術(shù)課程教學(xué)改革實(shí)踐的具體做法

將現(xiàn)代光電裝備研究中的新思想融入到光電技術(shù)課程教學(xué)中，要取得良好的教學(xué)改革效果，必須從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)方面著眼進(jìn)行改革，教學(xué)內(nèi)容是核心，教學(xué)方法是關(guān)鍵。

（一）教學(xué)內(nèi)容的選擇上，注重與新型軍用光電裝備的結(jié)合

軍用光電裝備的種類非常多，應(yīng)用面非常廣[5，6]，從光波段上分為白光裝備、激光裝備、微光裝備、紅外裝備等類型。從使用功能上，光電裝備包括觀察、瞄準(zhǔn)、測(cè)量、探測(cè)、跟蹤、打擊等不同使用功能。具體形式上可分為激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、激光告警、激光防護(hù)、激光武器；微光觀察、微光瞄準(zhǔn)；紅外熱像、電視跟蹤、光電對(duì)抗、光電火控等等。就現(xiàn)代新型光電裝備的發(fā)展，分門別類地去歸納和提煉出其中所蘊(yùn)含的光電技術(shù)的新思想、新技術(shù)和新方法，這是引入和充實(shí)光電技術(shù)課程教學(xué)的生動(dòng)案例，是開展課程教學(xué)改革最鮮活的素材。

在課程教學(xué)改革研究工作中，課程組成員發(fā)揮集體智慧，從教學(xué)素材的梳理和選擇入手，重組教學(xué)內(nèi)容，從新型光電裝備中提煉出帶有普遍性的模型化內(nèi)容，尋求和挖掘光電技術(shù)的基礎(chǔ)理論與新型光電裝備技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵與結(jié)合點(diǎn)，如表一所示。我們將經(jīng)典教材只是作為綱目，在現(xiàn)有教材體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用大量新型光電裝備的鮮活素材豐富和重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，將特殊性與普遍性有機(jī)結(jié)合起來，體現(xiàn)和彰顯本專業(yè)的特色，引導(dǎo)學(xué)生從最核心的理論和最深層的技術(shù)中去理解新裝備，提高學(xué)生分析和認(rèn)識(shí)問題的深度。

在課堂教學(xué)改革中，為了將最核心的、最基本的理論與光電裝備的最新發(fā)展融合起來，必須改變課程教學(xué)模式，我們采用前展后延的教學(xué)方法，將分析和歸納有機(jī)結(jié)合起來，提高學(xué)生認(rèn)識(shí)問題的廣度。通過典型案例，從新型光電裝備的創(chuàng)新發(fā)展的角度引入問題，按照問題的提出、可行性必要性的分析、技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、基礎(chǔ)理論的源泉等思路導(dǎo)入課堂，展開問題分析后，再進(jìn)一步啟發(fā)，作擴(kuò)展引導(dǎo)，將新技術(shù)延伸到其他相關(guān)領(lǐng)域，從而達(dá)到以點(diǎn)帶面，觸類旁通的目標(biāo)。

（二）教學(xué)方法上，注重與內(nèi)容相匹配采用不同的方法和組織形式

教學(xué)方法是為教學(xué)內(nèi)容服務(wù)的，目的是讓學(xué)生更深刻地理解基本原理、基本觀念和基本方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。光電技術(shù)課程的特點(diǎn)是原理性敘述比較多，學(xué)生學(xué)起來比較困難，不容易掌握。針對(duì)這種情況，課題組通過調(diào)研各類型光電裝備所采用的理論和技術(shù)及其最新發(fā)展，將其融入光電技術(shù)課程的教學(xué)中，開展與之相關(guān)的案例式教學(xué)、研討式教學(xué)等方法的研究。例如，光電探測(cè)器知識(shí)模塊中，結(jié)合多個(gè)光譜區(qū)光信息的響應(yīng)，講授工程上在紅外區(qū)和紫外區(qū)獲得待測(cè)信息的應(yīng)用實(shí)例；信號(hào)變換與處理模塊中，通過強(qiáng)背景光提取飛行目標(biāo)信息的實(shí)例，生動(dòng)地介紹調(diào)制盤、背景噪聲抑制等重要的信息處理手段和方法。

在光電探測(cè)器部分的授課中，可以采用以現(xiàn)有的光電裝備為例，進(jìn)行啟發(fā)式和研討式教學(xué)。從兩種典型的紅外熱像儀入手，首先從外觀上進(jìn)行討論，一款較小而另外一款較大且有氣瓶，究其原因是熱像儀工作時(shí)是否需要制冷，那么問題就出來了，同樣是熱像儀，為什么有的需要制冷，而有的則不需要呢？――二者所用的探測(cè)器不同――光子探測(cè)器和熱探測(cè)器――光子探測(cè)器為什么需要制冷？為什么還要使用光子型探測(cè)器？――引出光子型探測(cè)器的工作原理及特點(diǎn)；熱探測(cè)器為什么不需要制冷？――引出熱探測(cè)器的工作原理及特點(diǎn)。按照問題本身的邏輯鏈展開教學(xué)，學(xué)生普遍反映很具有啟發(fā)性，也容易理解。

通過調(diào)研各類型光電裝備所采用的理論和技術(shù)及其最新發(fā)展，將其融入光電技術(shù)課程的教學(xué)中，開展與之相關(guān)的案例式教學(xué)、研討式教學(xué)等方法的研究。由于光電裝備的種類和型號(hào)非常多，在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施環(huán)節(jié)上，哪些章節(jié)需要采用案例式教學(xué)，具體的案列是什么？哪些章節(jié)需要采用研討式教學(xué)，研討的主題方向是什么？為什么這樣做，以及這樣設(shè)計(jì)的好處等，這些問題都要經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，然后在課堂上大膽實(shí)踐。最終目標(biāo)是達(dá)到知識(shí)的融會(huì)貫通、夯實(shí)理論基礎(chǔ)，達(dá)到以點(diǎn)帶面、觸類旁通的效果。同時(shí)讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”的轉(zhuǎn)變，從而使學(xué)生的思維能力和素質(zhì)得以全面提升。

六、結(jié)論

光電技術(shù)課程的教學(xué)改革必須依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，緊貼光電裝備發(fā)展，提煉出其中的新思想和新方法，融入專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中。從充實(shí)教學(xué)內(nèi)容入手，提高教學(xué)的時(shí)效性和針對(duì)性，結(jié)合教學(xué)模式改革，從方法上引導(dǎo)學(xué)生分析認(rèn)識(shí)問題的深度和高度，達(dá)到既夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)、掌握學(xué)習(xí)和研究方法，又可以掌握裝備創(chuàng)新研究的思路，提高學(xué)生創(chuàng)新的思維品質(zhì)和創(chuàng)新的持久動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

關(guān)鍵詞：光纖陀螺 視軸穩(wěn)定 DSP 28335

中圖分類號(hào)：TJ83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）11-0000-00

1引言

光電穩(wěn)定平臺(tái)用于車載、艦載及空載等光電成像設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行精密跟蹤和測(cè)量，主要作用實(shí)現(xiàn)對(duì)載體相對(duì)慣性空間的干擾有效隔離，在此基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)的位置進(jìn)行精確的跟蹤測(cè)量。光電穩(wěn)定平臺(tái)的核心是陀螺穩(wěn)定裝置，主要功能是隔離載體角運(yùn)動(dòng)對(duì)視軸的擾動(dòng)，使安裝在載體上光學(xué)傳感器的視軸在慣性空間內(nèi)保持穩(wěn)定，使光電成像設(shè)備能夠獲得清晰的成像、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。

高精度的光電穩(wěn)定平臺(tái)主要由雙軸視軸穩(wěn)定平臺(tái)和視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)組成。

2雙軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái)結(jié)構(gòu)配置

雙軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)配置示意圖如圖1所示，由方位框架和俯仰框架組成，CCD相機(jī)固定在俯仰框上，視軸的方向?yàn)閅軸。俯仰框通過支撐軸X固定在方位框上，在支撐軸的一端裝有測(cè)速元件光電編碼器，在另一端裝有力矩電機(jī)。兩個(gè)單自由的速率陀螺和裝在俯仰框上，主要測(cè)量陀螺穩(wěn)定平臺(tái)相對(duì)于慣性空間的角速率。

3 視軸穩(wěn)定控制硬件設(shè)計(jì)

視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)主要由伺服控制主板、電視圖像跟蹤器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等幾部分組成，系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2 視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)原理圖

本視軸控制系統(tǒng)的核心控制電路采用美國(guó)TI公司的DSP 28335芯片，該芯片屬于浮點(diǎn)型的數(shù)字處理芯片，能夠完成高實(shí)時(shí)性要求的運(yùn)算，具有大容量的SRAM內(nèi)存和FLASH程序存儲(chǔ)器，F(xiàn)PGA芯片選用Cyclone公司的EP1C12Q240C8，它的功能主要用來完成整個(gè)視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)的邏輯控制，完成A/D等芯片的選通、PWM調(diào)寬波的產(chǎn)生等功能，此芯片的應(yīng)用使硬件的處理電路設(shè)計(jì)具有很高的靈活性。

4 視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制原理

視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制原理框圖如圖3所示，由陀螺速度內(nèi)環(huán)和位置環(huán)組成。陀螺速度內(nèi)環(huán)由 框架負(fù)載、功率放大器、速率陀螺及速度調(diào)節(jié)器組成，位置環(huán)即跟蹤環(huán)，由電視跟蹤器、位置調(diào)節(jié)器、速度環(huán)以及編碼器組成。陀螺速度內(nèi)環(huán)的反饋元件為速度陀螺，用來測(cè)量框架的角速度，框架的角速度包含了設(shè)備跟蹤目標(biāo)時(shí)需要的角速度和載體運(yùn)動(dòng)的角速度兩個(gè)方面，當(dāng)陀螺檢測(cè)到相應(yīng)的角速度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)，電壓信號(hào)與輸入的目標(biāo)位置的信號(hào)相比較，得到了位置環(huán)的輸入信號(hào)，經(jīng)過位置環(huán)的調(diào)節(jié)器運(yùn)算，產(chǎn)生了控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)寬波信號(hào)，從而使電機(jī)輸出了力矩來抵抗由于載體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的干擾力矩，從而實(shí)現(xiàn)視軸穩(wěn)定。

5 視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)的原理圖，將各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)帶入到各個(gè)環(huán)節(jié)中，便可以得到到伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型圖4所示。

圖4 視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

在上圖中，G1（s）為速度回路調(diào)節(jié)器，G2（s）為位置回路調(diào)節(jié)器，Kf為陀螺低通濾波器的比例系數(shù)，Tf為陀螺低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。ωb為載體運(yùn)動(dòng)對(duì)視軸產(chǎn)生的影響，影響系統(tǒng)視軸穩(wěn)定的干擾力矩的拉氏變換式為Md（s）。

6 結(jié)語

本文基于雙軸光纖陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，設(shè)計(jì)一套視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)硬件采用DSP 28335 +FPGA 的核心控制電路，使控制系統(tǒng)具有高實(shí)時(shí)性和高精度的運(yùn)算能力，同時(shí)，本文通過對(duì)視軸穩(wěn)定控制系統(tǒng)的原理分析，建立了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

參考文獻(xiàn)

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篇5

紀(jì)明（以下簡(jiǎn)稱紀(jì)）：直升機(jī)光電系統(tǒng)的發(fā)展可追溯到上世紀(jì)70年代，即第一代專用武裝直升機(jī)進(jìn)入成熟應(yīng)用階段時(shí)。隨著武裝直升機(jī)作為空中殺手得到空前發(fā)展，為各種直升機(jī)武器系統(tǒng)配套的光電系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。光電系統(tǒng)目前主要有瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定系統(tǒng)（穩(wěn)瞄系統(tǒng)）、偵察系統(tǒng)、夜間飛行導(dǎo)航系統(tǒng)、光電對(duì)抗系統(tǒng)等，其中穩(wěn)瞄系統(tǒng)最為復(fù)雜，性能和精度最高。

記者：那么穩(wěn)瞄系統(tǒng)主要由哪些設(shè)備組成，經(jīng)歷了一個(gè)怎樣的發(fā)展歷程？

紀(jì)：現(xiàn)代武裝直升機(jī)的穩(wěn)瞄系統(tǒng)通常裝備有熱像儀、電視攝像機(jī)、激光指示，測(cè)距機(jī)、激光光斑跟蹤器等光電傳感器。根據(jù)需要，某些武裝直升機(jī)可能只需裝備一些基本傳感器，如熱像儀、電視攝像機(jī)、激光測(cè)距機(jī)等。隨著光電傳感器的技術(shù)發(fā)展，攻擊型直升機(jī)的穩(wěn)瞄系統(tǒng)，除裝備上述傳感器外，還可選裝激光標(biāo)識(shí)器（pointer）、激光照明器、短波紅外/多光譜相機(jī)等。直升機(jī)穩(wěn)瞄系統(tǒng)按性能和時(shí)間，大致分為三代。

第一代主要在上世紀(jì)70年代末至80年代初裝備使用，如美軍的AH-1“眼鏡蛇”直升機(jī)的M65，法國(guó)“小羚羊”直升機(jī)的M397等。這一階段主要是白天型，全部采用直視光學(xué)通道觀察瞄準(zhǔn)。

第二代在上世紀(jì)90年代初裝備使用。這一時(shí)期武裝直升機(jī)獲得了飛速發(fā)展，一大批著名型號(hào)，如美國(guó)的AH-64“阿帕奇”、OH-58D“基奧瓦”，意大利的A-129“貓鼬”，南非的AH-2A“茶隼”，蘇聯(lián)的米-28“浩劫”和卡-50“黑鯊”等相繼面世。與此同時(shí)，紅外技術(shù)也獲得飛速發(fā)展，因此這些直升機(jī)的穩(wěn)瞄系統(tǒng)均加裝了紅外熱像儀，形成晝夜兩用型。

第三代穩(wěn)瞄系統(tǒng)主要從上世紀(jì)90年代后期開始使用。隨著紅外、激光技術(shù)與信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)國(guó)家紛紛在第二代穩(wěn)瞄技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新?lián)Q代，主要特點(diǎn)是采用三代大面陣熱像儀、連續(xù)變倍光學(xué)系統(tǒng)、半導(dǎo)體泵浦雙模激光指示/測(cè)距儀、多目標(biāo)跟蹤、信息融合等先進(jìn)技術(shù)。如AH-64D“長(zhǎng)弓阿帕奇”武裝直升機(jī)的“箭頭”，AH-IZ“蝰蛇”的TSS等。

RAH-66“柯曼奇”是美國(guó)研制的最新型武裝偵察直升機(jī)，雖然已下馬，但其裝備的EOSS穩(wěn)瞄系統(tǒng)裝有當(dāng)前最高水平的各種光電傳感器，而且它的總線技術(shù)，信息處理與融合、隱身、一體化穩(wěn)定平臺(tái)等技術(shù)，都代表著當(dāng)前最高技術(shù)水平。

記者：從這幾型武裝直升機(jī)看，光電轉(zhuǎn)塔有幾種安裝位置，比如在機(jī)頭下方或上方，駕駛艙頂部，旋翼上方。這幾個(gè)位置各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

紀(jì)：這幾種布置分別叫鼻錐式、頂棚式、桅桿式，還有側(cè)掛式等幾種。它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)并不算很明顯，主要還是與主機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)。

桅桿式穩(wěn)瞄具安裝位置最高，從理論上說可讓直升機(jī)隱蔽在障礙物后探測(cè)，生存力較高。但直升機(jī)的桅桿不適應(yīng)大載重，有的在頂部裝了毫米波雷達(dá)，因此裝不了桅桿瞄具。頂棚式目前相對(duì)少見，主要是因?yàn)轫斉飶?qiáng)度較差，對(duì)飛行員安全是個(gè)威脅。大多穩(wěn)瞄系統(tǒng)還是安裝在鼻錐處，當(dāng)然這也和直升機(jī)鼻錐處有什么其它設(shè)備有關(guān)。

記者：光電穩(wěn)瞄設(shè)備，在坦克、步兵反坦克導(dǎo)彈系統(tǒng)、固定翼戰(zhàn)斗機(jī)等其它方面也需要。那么和這些平臺(tái)相比，直升機(jī)平臺(tái)對(duì)光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)有什么特殊影響？比如武裝直升機(jī)和坦克上的振動(dòng)，會(huì)有所區(qū)別吧？

紀(jì)：直升機(jī)的旋翼振動(dòng)很厲害，旋翼的葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速確定了直升機(jī)的主振頻率。坦克穩(wěn)瞄難以抑制的是低頻搖擺，直升機(jī)穩(wěn)瞄難以抑制的是振動(dòng)。由于直升機(jī)穩(wěn)瞄系統(tǒng)作用距離更遠(yuǎn)，需要精確制導(dǎo)，因此它的穩(wěn)定精度通常要比地面車輛上用的高。后者穩(wěn)定精度一般為100微弧度，武裝直升機(jī)上的穩(wěn)瞄系統(tǒng)則要達(dá)到20-50微弧度，最新一代直升機(jī)穩(wěn)瞄系統(tǒng)甚至要求達(dá)到5-10微弧度（1微弧度的穩(wěn)定精度對(duì)應(yīng)10千米距離晃動(dòng)1厘米）。

記者：那為了實(shí)現(xiàn)這種穩(wěn)定精度，武裝直升機(jī)光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的穩(wěn)定設(shè)備。經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展階段，用什么樣的技術(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定？

紀(jì)：我們已經(jīng)說過，武直光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的發(fā)展基本分三代。第一代還沒有熱像儀，光路單一、作用距離有限。它們采用反射鏡穩(wěn)定方式，或陀螺直接穩(wěn)定，或兩軸兩框架陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，已能滿足要求，精度在50-100微弧度。

第二代裝備了掃描型熱像儀，晝夜使用；第三代大多采用大面陣凝視型熱像儀，而且加上了各種圖像處理和其它先進(jìn)技術(shù)。目前裝備應(yīng)用的光電產(chǎn)品大多屬第三代。

后兩代武直光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)，大多采用兩軸四框架穩(wěn)定平臺(tái)，其目的是有效隔離擾動(dòng)，提高穩(wěn)定精度，其精度范圍可達(dá)20-40微弧度。未來更高精度（5-10微弧度）的穩(wěn)定方法，我個(gè)人認(rèn)為還得依靠粗精組合穩(wěn)定來實(shí)現(xiàn)。

記者：什么是兩軸四框架穩(wěn)定平臺(tái)？

紀(jì)：陀螺穩(wěn)定平臺(tái)通?？煞€(wěn)定三個(gè)軸，但直升機(jī)等用于瞄準(zhǔn)的穩(wěn)瞄系統(tǒng)通常只需穩(wěn)定方位和俯仰兩個(gè)軸，橫滾方向不需要穩(wěn)，即所謂“兩軸”。四框架是指方位和俯仰各有內(nèi)、外框架共四個(gè)框架。多個(gè)框架的目的主要是隔離風(fēng)阻和減小平臺(tái)軸上的干擾力矩。

記者：您剛才提到的粗精組合穩(wěn)定技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)狀怎樣？技術(shù)難點(diǎn)主要在哪里？

紀(jì)：粗精組合穩(wěn)定技術(shù)問題，我在上世紀(jì)90年代初就提出并發(fā)表過多篇論文。不過當(dāng)時(shí)對(duì)直升機(jī)穩(wěn)瞄的高精度需求還不迫切，加上當(dāng)時(shí)快速驅(qū)動(dòng)的反射鏡技術(shù)（FSM）還不成熟，撓性結(jié)構(gòu)支承技術(shù)還存在負(fù)載能力和伺服帶寬上不去等問題，因此國(guó)內(nèi)一直未引起關(guān)注。

近年來隨著微驅(qū)動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)外在機(jī)載穩(wěn)瞄和IRST（紅外搜索跟蹤系統(tǒng)）、激光通信、戰(zhàn)術(shù)激光武器等方面，已開始大量采用粗精組合穩(wěn)定技術(shù)。FSM的特點(diǎn)是高帶寬、微位移、體積小、重量輕（約200克），將其與陀螺穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行組合，可以補(bǔ)償瞄準(zhǔn)線的殘余誤差，提高瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定精度。根據(jù)目前的技術(shù)成果，可以在振動(dòng)環(huán)境下將瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定在5微弧度。

記者：除了剛才提到的穩(wěn)定精度，直升機(jī)光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)和地面車輛、單兵使用的相比。還有哪些區(qū)別？

紀(jì)：武裝直升機(jī)上的光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)，功能更復(fù)雜，傳感器種類更多，重量要求更輕。其次是，它的光電傳感器的作用距離要更遠(yuǎn)，比如激光照射距離通常要達(dá)到6-8干米，而單兵使用。的光電系統(tǒng)，只需2-3千米。

另外，裝甲車輛上的光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)以潛望式為主，直升機(jī)的則以球形吊艙或轉(zhuǎn)塔為主，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。

記者：與固定翼戰(zhàn)斗機(jī)相比，它們又有什么區(qū)別？比如直升機(jī)飛行高度低，固定翼飛機(jī)的光電系統(tǒng)有時(shí)還考慮對(duì)空探測(cè)，這會(huì)對(duì)光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的性能要求產(chǎn)生哪些區(qū)別？

紀(jì)：固定翼飛機(jī)對(duì)空搜索和預(yù)警的IRST，主要用于空中預(yù)警，傳感器主要是紅外和激光測(cè)距。而且紅外主要是采用點(diǎn)源成像，以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)為主，因此作用距離通?？蛇_(dá)幾十千米。

固定翼飛機(jī)的光電吊艙，則多以對(duì)地偵察和攻擊為主，和直升機(jī)穩(wěn)瞄系統(tǒng)功能類似，所裝傳感器也非常近似。不同的是固定翼飛機(jī)上要考慮高速飛行摩擦，因此光電吊艙通常要采取環(huán)控，以保證內(nèi)部溫度恒定。至于性能上，雖然飛行高度差別很大，但5000米以上能見度非常好，對(duì)地目標(biāo)識(shí)別主要還是取決于5000米以下的能見度，因此兩者的性能基本相當(dāng)。

固定翼飛機(jī)的吊艙通常為“長(zhǎng)筒”形，易于外掛。目前的發(fā)展趨勢(shì)是類似F-35的EOTS，采用“半埋”式。

記者：武裝直升機(jī)上的光電轉(zhuǎn)塔，是否也能移植到自行反坦克車、攻擊機(jī)等其它武器平臺(tái)上？

紀(jì)：從原理上講，直升機(jī)穩(wěn)瞄系統(tǒng)與很多其它武器平臺(tái)的穩(wěn)瞄系統(tǒng)相似，包括固定翼飛機(jī)的光電吊艙，因此能相互移植。比如著名的“阿達(dá)茨”導(dǎo)彈系統(tǒng)，其穩(wěn)瞄系統(tǒng)就是以AH-64“阿帕奇”的TADS/PNVS的一個(gè)增強(qiáng)性能版本為基礎(chǔ)。以色列也把戰(zhàn)斗機(jī)掛載的AA0-28吊艙的頭部移植到直升機(jī)上，F(xiàn)LIR公司則把他們的AN/AAQ-22穩(wěn)瞄系統(tǒng)（已被用于ARH-70偵察直升機(jī)和MO-SB無人直升機(jī)）用到了偵察車上。當(dāng)然，各種武器平臺(tái)的使用環(huán)境和安裝位置，以及對(duì)體積和重量要求均有所不同，移植時(shí)需要做相應(yīng)改進(jìn)。

記者：F-35戰(zhàn)斗機(jī)的光電系統(tǒng)，特別是分布式孔徑系統(tǒng)，是一亮點(diǎn)。既然機(jī)載光電系統(tǒng)與直升機(jī)的光電系統(tǒng)有很多共同之處，那這種分布式孔徑技術(shù)能否應(yīng)用到武裝直升機(jī)上？

紀(jì)：分布式孔徑光電系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用機(jī)、坦克、艦船等，應(yīng)該是未來光電系統(tǒng)的發(fā)展方向。它可以結(jié)合光電傳感器和圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)諸如探測(cè)、跟蹤、瞄準(zhǔn)和飛行導(dǎo)航等功能。但目前受限于很多因素，其應(yīng)用還有一定局限性，比如遠(yuǎn)距離和寬視場(chǎng)的矛盾，傳感器分辨率、圖像處理的速度等，限制了它的很多功能和性能。在固定翼飛機(jī)上，它目前還主要用于空中預(yù)警、飛行導(dǎo)航和防撞，能形成360°視覺包絡(luò)，也即所謂透明座艙。

我認(rèn)為在武裝直升機(jī)上應(yīng)用，目前和固定翼飛機(jī)還有較大區(qū)別，主要取決于直升機(jī)對(duì)空中預(yù)警的需求有多大。作為直升機(jī)駕駛員夜間飛行和著陸系統(tǒng)應(yīng)用，就目前技術(shù)來看，還是可行的。至于能否替代直升機(jī)穩(wěn)瞄系統(tǒng)，受限于上述因素，短期內(nèi)還不可能。

記者：您已經(jīng)介紹過，武裝直升機(jī)的光電系統(tǒng)中需要多種傳感器。我們平?？此墓怆娹D(zhuǎn)塔，也經(jīng)常會(huì)看到兩三個(gè)窗口，尺寸、顏色各不同。這種尺寸、顏色區(qū)別，應(yīng)該與紅外、激光等不同設(shè)備的工作波段有關(guān)吧？

紀(jì)：對(duì)，窗口色彩就是因?yàn)椴捎貌煌ǘ蔚牟馁|(zhì)和膜層造成的。目前熱像儀采用最多的是3-5微米的中波和8-12微米的長(zhǎng)波，其中長(zhǎng)波熱像儀的光窗，通常采用硫化鋅或鍺玻璃，中波熱像儀通常采用氟化鎂、藍(lán)寶石和尖晶石等。它們能讓紅外線通過，卻不易讓可見光通過，因此這些窗口在我們?nèi)庋劭磥斫?jīng)常是不透明的。激光或電視光窗通常采用石英玻璃，透明，但它們經(jīng)常要根據(jù)需要鍍制各種膜層，如增透膜、硬碳膜等。紅外傳感器的窗口也常鍍膜。因此，不同材料和膜層結(jié)合起來，就讓這些光窗有不同的顏色，比如棕紅、黃色、白色、藍(lán)色等。熱像儀的光窗看起來就像一面鏡子，而且一般是最大的，因?yàn)楣鈱W(xué)孔徑越大，接收的能量越多，作用距離也越遠(yuǎn)。

記者：不同光電傳感器的工作波長(zhǎng)不同，那在熱像儀上是不是無法看到可見光波段的激光光斑，這對(duì)激光指示器、瞄準(zhǔn)等是否會(huì)有影響？

紀(jì)：激光測(cè)距機(jī)、指示器大多工作在在1.06或1.54/1.57微米，和紅外傳感器的3-5微米、8-12微米波段不兼容。因此我們?cè)谥鄙龣C(jī)的顯示器上看電視或紅外圖像時(shí)，一般看不見激光光斑。不過這不會(huì)影響制導(dǎo)精度，因?yàn)殡娨暋⒓t外和激光光軸是嚴(yán)格校準(zhǔn)的，十字線壓住的目標(biāo)，激光光斑也必然會(huì)照在瞄準(zhǔn)點(diǎn)上。當(dāng)然，制導(dǎo)誤差取決于準(zhǔn)直、瞄準(zhǔn)、跟蹤等各種誤差的綜合。

記者：這些不同傳感器的窗口能合并或減少嗎？

紀(jì)：這些窗口可以合并，即所謂“共窗口”或“共光路”。比如MO-9無人機(jī)最新的MTS-B穩(wěn)瞄系統(tǒng)，固定翼飛機(jī)的“狙擊手”吊艙，采用了共窗口。這是一種發(fā)展趨勢(shì)，但目前有一定難度，主要是因?yàn)樾枰獙捁庾V材料。另外還涉及分光、共光路等復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)和膜系設(shè)計(jì)等一系列問題。

記者：除了共窗口，圖像融合也是現(xiàn)代光電系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。這種技術(shù)已經(jīng)在哪些武裝直升機(jī)上應(yīng)用了？

紀(jì)：在“阿帕奇”的M-TADS/PNVS“箭頭”穩(wěn)瞄系統(tǒng)，以及目前多款新一代穩(wěn)瞄系統(tǒng)（如FLIR公司的系列產(chǎn)品）中，圖像融合技術(shù)已經(jīng)獲得應(yīng)用。

記者：這項(xiàng)技術(shù)是為了綜合利用中波、長(zhǎng)波紅外，微光、電視，甚至雷達(dá)等各種傳感器采集的信息，互相彌補(bǔ)它們的缺點(diǎn)。您能否說說這些傳感器各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

紀(jì)：各種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)要詳細(xì)述說，過于專業(yè)了，只能簡(jiǎn)單說明一下。

成像雷達(dá)如SAR（合成孔徑雷達(dá)）還主要用于無人機(jī)、衛(wèi)星等載體，并且采用的是推掃成像，目前還難以與光電成像進(jìn)行圖像融合，尤其是適時(shí)融合。

微光電視和熱像儀的原理不同，是借助星光或月光的，直觀的看，圖像細(xì)節(jié)要比熱像儀豐富。但受氣候限制。目前其探測(cè)距離等還比不上熱像儀。

熱像儀能看到微光電視難以分辨的細(xì)節(jié)，如煙霧遮擋以及叢林中發(fā)熱的物體和人員等。這其中，長(zhǎng)波和中波紅外相比。敏感的大氣窗口不同。通常在高熱高濕地區(qū)，中波紅外比長(zhǎng)波紅外有更好的探測(cè)能力。但長(zhǎng)波紅外有更好的透煙霧能力。中波、長(zhǎng)波紅外孰優(yōu)孰劣，目前還是一個(gè)爭(zhēng)論的課題，需要在不同的環(huán)境條件下通過大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。

圖像融合，就是上述成像特征的互補(bǔ)。

記者：看您的論文介紹說，圖像融合主要是像素級(jí)的。這種融合是把缸外、電視等圖像疊加在一起，還是在一個(gè)屏幕上分別切換？

紀(jì)：目前能夠進(jìn)入工程應(yīng)用的主要還是像素級(jí)的圖像融合，是將兩幅性質(zhì)不同的視頻圖像通過圖像處理，合成一幅圖像，集中反映兩幅圖像的特征，如紅外和電視、紅外和微光等。當(dāng)然，這些圖像是可以相互切換的，需要融合時(shí)可以通過開關(guān)切換。兩幅圖像的重疊在技術(shù)上稱為圖像配準(zhǔn)。圖像融合涉及軟硬件技術(shù)，目前的主要技術(shù)難點(diǎn)在于圖像的快速配準(zhǔn)和圖像融合算法，以及圖像處理的實(shí)時(shí)性。

記者：您前面曾提到，直升機(jī)光電系統(tǒng)中，除了最復(fù)雜的穩(wěn)瞄系統(tǒng)，還有光電對(duì)抗系統(tǒng)，這也對(duì)保障直升機(jī)生存能力至關(guān)重要?，F(xiàn)在直升機(jī)已開始采用定向紅外干擾系統(tǒng)，它與以前的干擾設(shè)備，比如早期“阿帕奇”用的ALQ-144相比，在原理、結(jié)構(gòu)、技術(shù)上有什么區(qū)別？

紀(jì)：ALQ-144是一種對(duì)抗老式導(dǎo)彈的紅外干擾系統(tǒng)，通過調(diào)制紅外源來誘騙干擾導(dǎo)彈導(dǎo)引頭。目前該系統(tǒng)已為大多數(shù)用戶所廢棄。定向紅外干擾系統(tǒng)目前已趨于向集成式發(fā)展，和過去的光電對(duì)抗相比，將告警系統(tǒng)、紅外捕獲與跟蹤系統(tǒng)、激光干擾系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等綜合集成在一個(gè)吊艙內(nèi)，可掛載在直升機(jī)或飛機(jī)的兩側(cè)形成全方位包絡(luò)。

記者：最后對(duì)于我國(guó)光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的發(fā)展，您有哪些建議，比如武裝直升機(jī)的光電系統(tǒng)如何盡量通用化？

紀(jì)：光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)目前除軍事應(yīng)用外，在民用領(lǐng)域和準(zhǔn)軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨廣泛，如森林防護(hù)、電力巡視、環(huán)境監(jiān)測(cè)、空中攝影、治安巡邏、搜救等。但由于它的技術(shù)復(fù)雜性和高成本，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還受到一定限制。

我個(gè)人認(rèn)為，光電穩(wěn)瞄技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，目前是急需開發(fā)出低成本、模塊化、開放式結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，包括光電傳感器，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)外民用和準(zhǔn)軍事應(yīng)用的需求。其次是光電傳感器尤其是熱像儀，提高性能、降低成本是一個(gè)推廣應(yīng)用的重要因素。在這點(diǎn)上，只有從上至下形成共識(shí)，才可能引起重視并加大投入。

篇6

【關(guān)鍵詞】光電跟蹤系統(tǒng)；紅外電視；DSP；自動(dòng)調(diào)焦

1.引言

隨著紅外成像技術(shù)的快速發(fā)展，紅外測(cè)量電視成為光電跟蹤系統(tǒng)的重要組成部分。紅外相機(jī)的自動(dòng)和連續(xù)調(diào)焦，是保證紅外電視成像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)光電跟蹤系統(tǒng)高精度穩(wěn)定跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)。一般來說，影響紅外電視成像的因素有很多，而目標(biāo)的距離和環(huán)境溫度等參數(shù)對(duì)成像質(zhì)量影響較大，如何根據(jù)目標(biāo)距離和環(huán)境溫度等影響目標(biāo)成像質(zhì)量的信息，實(shí)時(shí)調(diào)整相機(jī)的位置，從而獲得清晰的目標(biāo)圖像，需要進(jìn)行廣泛深入的研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定高精度跟蹤測(cè)量功能具有重要意義。

2.調(diào)焦控制器的硬件設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)及原理

光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)調(diào)焦控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：接收綜合控制器的控制命令，實(shí)現(xiàn)紅外電視的變倍與調(diào)焦功能，兼具自檢功能和故障診斷能力，故障診斷到線路板。

系統(tǒng)采用基于DSP+FPGA的調(diào)光調(diào)焦控制器。該控制器的硬件原理框圖如圖1所示。

其中DSP(TMS320F2812)作為調(diào)光調(diào)焦控制器核心。TMS320F2812是TI公司針對(duì)數(shù)字控制領(lǐng)域而推出的，它是目前控制領(lǐng)域最高性能的處理器，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)以及自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。

系統(tǒng)選用Cyclone公司系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個(gè)調(diào)光調(diào)焦控制器的時(shí)序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個(gè)邏輯單元(LE)和173個(gè)I/O口，可以內(nèi)嵌4K的RAM。

應(yīng)用TMS320F2812全部外設(shè)接口的一部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。

采用可編程邏輯器件（FPGA），可以非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)DSP的硬件電路。將DSP的數(shù)據(jù)總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號(hào)線全部引入到FPGA中，根據(jù)特定的要求，在FPGA內(nèi)完成時(shí)序和邏輯設(shè)計(jì)。其中為TL16C554，AD7864提供地址選通信號(hào)，為光柵尺計(jì)算提供四倍頻鑒相和計(jì)數(shù)邏輯。

由于電機(jī)的信號(hào)線、限位開關(guān)線數(shù)量很多，需要本系統(tǒng)的I/O口的數(shù)量較多，可以在FPGA內(nèi)完成擴(kuò)展I/O口的功能。

2.2 FPGA的設(shè)計(jì)

FPGA內(nèi)部采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，對(duì)FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行模塊分解。主要包括，實(shí)現(xiàn)FPGA擴(kuò)展I/O口的功能，為TL16C554和AD7864提供片選和讀寫信號(hào)，提供四倍頻鑒相和計(jì)數(shù)邏輯計(jì)算光柵尺位置量。FPGA內(nèi)的功能模塊如圖2所示。

TL16C554地址譯碼模塊：在FPGA內(nèi)部，針對(duì)DSP的讀寫以及地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，為TL16C554提供讀寫信號(hào)以及片選等信號(hào)。

AD7864地址譯碼模塊：對(duì)DSP的地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，為AD7864提供讀寫、片選以及通道選擇等信號(hào)。

光柵尺邏輯計(jì)算模塊：光柵尺輸出兩路正交的方波信號(hào)A、B和零位信號(hào)Z輸入到FPGA中，在FPGA中實(shí)現(xiàn)對(duì)A、B信號(hào)的倍頻及鑒相功能，然后通過16位計(jì)數(shù)器和鎖存器與DSP相連，通過讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)值可得到光柵尺的位置數(shù)值，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與精度分析

3.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

調(diào)焦系統(tǒng)由安裝在望遠(yuǎn)物鏡筒上的光學(xué)機(jī)械部分和電控部分組成。光學(xué)機(jī)械部分包括調(diào)焦組件、變倍組件等。電控系統(tǒng)以DSP2833為核心處理器，利用FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)序和邏輯控制，配以電路、執(zhí)行電機(jī)及位置反饋部件。電控系統(tǒng)位置反饋采用精密線繞電位器和光柵尺，執(zhí)行電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)、超聲電機(jī)和永磁直流電機(jī)。變倍系統(tǒng)兩端靠電限位和機(jī)械限位來保證定位。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)踐，調(diào)焦電控系統(tǒng)采用兩塊電路板進(jìn)行工作，分別為控制電路板和功率驅(qū)動(dòng)板。圖4為控制電路板，圖5為功率驅(qū)動(dòng)板。通過試驗(yàn)，較好的完成了紅外電視自動(dòng)調(diào)焦及變倍功能。

3.2 精度分析

3.2.1 紅外電視調(diào)焦控制

紅外電視調(diào)焦范圍為200m～∞，調(diào)焦執(zhí)行電機(jī)選用海頓直線電機(jī)型號(hào)為21000系列Size 8直線步進(jìn)電機(jī)，步長(zhǎng)為0.0015mm，其工作電壓為5V，每相電流為0.24A，在每秒鐘1000步的速度下可產(chǎn)生60N的推力。滿足使用要求。位置反饋采用增量式光柵尺。

調(diào)焦電控系統(tǒng)誤差來源是直線步進(jìn)電機(jī)的步長(zhǎng)與光柵尺的精度。直線步進(jìn)電機(jī)步長(zhǎng)0.0015mm。由以上條件計(jì)算得出如下結(jié)論：

a）直線步進(jìn)電機(jī)步長(zhǎng)為0.0015mm，調(diào)焦機(jī)構(gòu)的分辨力為直線步進(jìn)電機(jī)的步長(zhǎng)為0.0015mm；

b）采用光柵尺作為位置測(cè)量傳感器，其測(cè)量精度高，其測(cè)量精度可達(dá)5μm，滿足±0.01mm的分辨力精度要求；

c）每秒鐘1000步的速度是電機(jī)的常用速度，也就是每秒鐘行程為1.5mm，因此該速度滿足調(diào)焦時(shí)間的要求。

3.2.2 紅外電視變倍控制

紅外兩檔變倍電機(jī)選用江蘇春生公司的超聲電機(jī)，型號(hào)為TRUM-60。紅外變倍系統(tǒng)為100mm/300mm兩檔變倍，采用半自動(dòng)控制方式，由電控系統(tǒng)控制超聲電機(jī)切換變倍鏡組，從而切換紅外電視的焦距。

超聲電機(jī)的斷電自鎖特性保證了旋轉(zhuǎn)變倍機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。超聲電機(jī)斷電自鎖力矩大于其驅(qū)動(dòng)力矩30%左右。超聲電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與變倍鏡組的外殼直接連接，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，并且占用空間小。

由于超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到4～150r/min，對(duì)于這種只需要轉(zhuǎn)動(dòng)90?的變倍機(jī)構(gòu)，如果要求切換時(shí)間小于2s，則只要轉(zhuǎn)速n滿足：

就可以滿足使用要求。因此采用的超聲電機(jī)完全滿足技術(shù)(下轉(zhuǎn)第135頁)(上接第128頁)要求。

4.結(jié)論

光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)紅外電視的調(diào)焦控制是該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高精度跟蹤目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，采用DSP為核心處理器、FPGA為時(shí)序和邏輯控制器設(shè)計(jì)的紅外電視調(diào)焦控制器，通過實(shí)踐檢驗(yàn)和精度分析，滿足了光電跟蹤系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)距離、環(huán)境溫度等參數(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行焦距調(diào)整的技術(shù)指標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]王嵐,于惠珠.260電影經(jīng)緯儀攝影自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)[J].光學(xué)精密工程,1995,3(5):93-97.

[2]于惠珠,陳濤.測(cè)量電視變焦距的控制系統(tǒng)[J].光學(xué)精密工程,1999,7(3):71-73.

[3]梁翠平,李清安,喬彥峰等.簡(jiǎn)述光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)焦的方法[J].電光與控制,2006,13(6):93-96.

作者簡(jiǎn)介：

張文江（1975—），男，遼寧北鎮(zhèn)人，大學(xué)本科，92853部隊(duì)工程師。

篇7

關(guān)鍵詞：光伏；跟蹤系統(tǒng)；智能控制

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 12-0000-01

進(jìn)入21世紀(jì)，資源短缺已經(jīng)成為比較嚴(yán)重的世界性問題，各個(gè)國(guó)家紛紛提出節(jié)能環(huán)保的發(fā)展戰(zhàn)略，并在此基礎(chǔ)上開始大力提升可再生能源的開發(fā)利用。其中，太陽能就是可再生能源中最具代表性的一種，在很早之前就已經(jīng)開始被開發(fā)利用，而經(jīng)過這些年的發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電取得成果最為顯著，并成為最主要的可再生清潔能源并廣泛應(yīng)用在各行業(yè)當(dāng)中。但是，由于光伏發(fā)電成本比較高，在一定程度上限制了其進(jìn)一步發(fā)展和提升，因此，科學(xué)研究人員開始致力于跟蹤技術(shù)的研究，并嘗試開發(fā)智能控制系統(tǒng)。

一、常用光伏智能跟蹤系統(tǒng)

（一）光電智能跟蹤系統(tǒng)

光電智能跟蹤系統(tǒng)比較常用的一種光伏跟蹤系統(tǒng)，主要通過利用光敏器件對(duì)陽光照射強(qiáng)度的感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的跟蹤。光電智能跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本也比較低，因此，在之前的一段時(shí)間里，該系統(tǒng)非常的流行。但是，該系統(tǒng)也有一個(gè)致命的缺陷，那就是比較容易受到天氣變化的影響，尤其是陰天和雨天，由于沒有陽光，光敏器件不能通過陽光對(duì)太陽的位置進(jìn)行撲捉，就會(huì)影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)太陽跟蹤。

（二）單軸智能跟蹤系統(tǒng)

單軸智能跟蹤系統(tǒng)按照跟蹤方向的不同可以分為東西跟蹤和南北跟蹤兩種方式，其中，南北跟蹤方式的焦線是東西水平布置，而東西跟蹤的焦線，可以是南北水平布置，也可以是傾斜布置。兩種跟蹤方式的原理一樣，都是通過實(shí)現(xiàn)單軸旋轉(zhuǎn)來控制跟蹤系統(tǒng)對(duì)太陽位置進(jìn)行定位跟蹤。這種跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，并且整個(gè)管理過程中不需要管理人員的參與，也不會(huì)受到天氣變化的影響。缺點(diǎn)則在于利用該跟蹤系統(tǒng)對(duì)太陽位置進(jìn)行定位跟蹤，在一整天當(dāng)中，只有中午時(shí)刻太陽光才是直接照射在系統(tǒng)的接受面上，才能夠獲得最大的太陽能，而其他時(shí)間，陽光都無法直接照射在系統(tǒng)的接受面上，會(huì)在很大程度上受到弦效應(yīng)的影響，不能全面接受太陽光所帶來的輻射能量，所吸收的太陽能會(huì)有所折扣。

（三）極軸式全跟蹤系統(tǒng)

極軸式跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽進(jìn)行全方位跟蹤，是一種比較高效的跟蹤設(shè)備。在該系統(tǒng)的設(shè)置過程中，跟蹤器的極軸要平行于地球的自轉(zhuǎn)軸，除此之外，還要設(shè)置一根與極軸相垂直的赤緯軸。極軸式全跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽進(jìn)行全范圍跟蹤，最大限度的吸收太陽能，并且，系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)調(diào)整也比較容易。缺點(diǎn)則在于，該系統(tǒng)在對(duì)跟蹤器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)存在一定困難，既要保證極軸與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，赤緯軸與赤道保持一直，還要保證接受面的重量不能作用在極軸上，避免對(duì)極軸轉(zhuǎn)動(dòng)造成影響。

二、光伏跟蹤智能控制技術(shù)

利用智能控制技術(shù)對(duì)光伏跟蹤器進(jìn)行控制的主要目的就是為了能夠讓接受面對(duì)太陽位置進(jìn)行跟蹤，最大限度的吸收太陽光輻射所帶來的太陽能。智能控制技術(shù)的主要功能就是對(duì)跟蹤器進(jìn)行智能控制，保證跟蹤器的接受面從早上太陽剛剛升起的那一刻開始就對(duì)太陽的位置進(jìn)行跟蹤，吸收太陽能。然后，在接下來一整天的時(shí)間里，智能控制技術(shù)還要控制著跟蹤器損失對(duì)太陽變化進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)太陽位置進(jìn)行跟蹤，等到太陽落山之后，再將跟蹤器歸位，等待新一輪跟蹤過程的開始。

當(dāng)前，按照部件結(jié)構(gòu)的不同，可以將智能控制技術(shù)分為兩種，一種是開環(huán)伺服系統(tǒng)，一種是閉環(huán)伺服系統(tǒng)[3]。

開環(huán)伺服系統(tǒng)大多采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，沒有位置反饋裝置和校正控制裝置，在跟蹤過程中，對(duì)接受面跟蹤精度也主要依靠布距角和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行控制。因此，由于步進(jìn)電機(jī)對(duì)開環(huán)的控制容易受到負(fù)載的影響，經(jīng)常發(fā)生丟步和過沖問題，導(dǎo)致系統(tǒng)跟蹤性能大大降低。比如，上文所介紹的光電智能跟蹤就屬于該種系統(tǒng)，在其運(yùn)行過程中，需要將光敏器件按照規(guī)定要求角度安裝在遮光板下方，這樣，在跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行過程中，光敏器件可以通過對(duì)陽光照射強(qiáng)度的感應(yīng)來控制跟蹤器對(duì)太陽進(jìn)行跟蹤。正常情況下，陽光會(huì)直接照射到遮光板上，這樣光敏器件就會(huì)正好位于遮光板所形成的陰影中。而如果太陽位置發(fā)生偏移，陽光無法直接照射在遮光板上，光敏器件無法被遮光板所形成的陰影籠罩，就會(huì)暴露在陽光下，就會(huì)感受到陽光的照射并將陽光的照射強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成微電流信號(hào)輸送到系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)太陽的位置進(jìn)行判斷，調(diào)整跟蹤器角度完成跟蹤。系統(tǒng)中既沒有傳感裝置，也沒有位置控制裝置，跟蹤精度比較容易受到外界因素影響。

相比開環(huán)伺服系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)的跟蹤精度要高很多。閉環(huán)系統(tǒng)中除了設(shè)有控制器之外，還設(shè)有傳感檢測(cè)裝置，可以對(duì)跟蹤位置進(jìn)行反饋和檢測(cè)，保證跟蹤精度。當(dāng)接受面接受太陽輻射時(shí)，傳感裝置會(huì)將接受到的傳感信號(hào)傳遞會(huì)控制系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)會(huì)通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和計(jì)算，對(duì)跟蹤精度進(jìn)行評(píng)估，并針對(duì)評(píng)估結(jié)果對(duì)跟蹤器位置進(jìn)行調(diào)整，保證跟蹤精度。

比如上文所介紹的極軸式全跟蹤就屬于該種系統(tǒng)，系統(tǒng)中設(shè)有控制器和傳感裝置。在其運(yùn)行過程中，跟蹤器的接受面會(huì)繞著極軸以相同于地球自轉(zhuǎn)角度的速度，相反于地球自轉(zhuǎn)方向的方向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全方位對(duì)太陽進(jìn)行定位跟蹤。同時(shí)，在跟蹤器轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，系統(tǒng)中的控制器就會(huì)對(duì)赤緯軸進(jìn)行控制，使其會(huì)與地球自轉(zhuǎn)過程中赤道的變化保持一致。傳感器也會(huì)對(duì)陽光照射強(qiáng)度進(jìn)行感應(yīng)，并轉(zhuǎn)化成信號(hào)傳遞回系統(tǒng)，然后系統(tǒng)就會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，通過控制器對(duì)赤緯軸角度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證跟蹤器轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化的精度，使接受面始終能夠直接接受太陽光的照射，最大限度的接受太陽光輻射帶來的太陽能。

三、結(jié)束語

提高和完善光伏跟蹤系統(tǒng)智能控制技術(shù)對(duì)提高跟蹤器的跟蹤精度和太陽能接收能力有著極為重要的影響作用。當(dāng)前，使用比較廣泛的控制技術(shù)主要有開環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)兩種，其中，閉環(huán)伺服系統(tǒng)精確度相對(duì)較高，能夠有效提升跟蹤器的跟蹤精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王長(zhǎng)貴.太陽能利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

篇8

關(guān)鍵詞：CPCI、伺服控制卡

中圖分類號(hào)：TP332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）10-0001-02

1 引言

某船載的光電跟蹤設(shè)備要求具有很高的可靠性，根據(jù)以往研制設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，新研制設(shè)備的伺服控制系統(tǒng)欲采用CPCI工控機(jī)，CPCI工控機(jī)的板卡采用CPCI總線的連接方式，CPCI使用的是高可靠的歐洲卡結(jié)構(gòu)，采用2mm密度的針空連接器，具有高性能連接技術(shù)，為船載光電跟蹤設(shè)備的伺服系統(tǒng)提供最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。

2 伺服控制系統(tǒng)的組成

伺服控制系統(tǒng)的硬件主要包含伺服控制卡、CPCI通訊卡和CPCI工控機(jī)。CPCI計(jì)算機(jī)通過CPCI總線連接串行通訊卡、伺服控制器，實(shí)現(xiàn)與其它分系統(tǒng)的通訊功能，同時(shí)對(duì)編碼器、脫靶量及引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果通過CPCI總線傳遞至伺服控制卡進(jìn)行融合跟蹤。

CPCI計(jì)算機(jī)軟件接收各圖像探測(cè)器的目標(biāo)特征與航跡信息以及設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一目標(biāo)不同譜段的多探測(cè)器、多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)融合處理和跟蹤過程的智能決策處理。軟件運(yùn)行環(huán)境為Windows XP操作系統(tǒng)。軟件在VC++ 6.0環(huán)境上進(jìn)行開發(fā)。伺服控制分系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

CPCI計(jì)算機(jī)軟件通過CPCI總線向伺服控制卡發(fā)送融合引導(dǎo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)融合跟蹤功能，

融合跟蹤是利用光電跟蹤設(shè)備上多傳感器數(shù)據(jù)源及外引導(dǎo)數(shù)據(jù)源的信息進(jìn)行融合處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)軌跡的精確預(yù)測(cè)，從而保證在數(shù)據(jù)源遇到干擾的情況下依然能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤。

3 伺服控制卡的設(shè)計(jì)

伺服控制卡采用內(nèi)插CPCI總線架構(gòu)，其主要由DSP芯片、FPGA、PCI接口芯片、串行通訊芯片、A/D芯片等組成。伺服控制卡硬件結(jié)構(gòu)如圖3，主要完成功能有：

（1）位置回路、速度回路的運(yùn)算；（2）采集編碼器，電視脫靶量串行通訊數(shù)據(jù)；（3）單桿

模擬量采集；（4）讀取操控按鍵，并點(diǎn)亮相關(guān)指示燈；（5）與工控機(jī)進(jìn)行CPCI總線數(shù)據(jù)交換。

3.1 DSP 模塊設(shè)計(jì)

DSP采用目前TI公司定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6416，主頻1GHz，運(yùn)算速度可達(dá)8000MIPS，最高速指令周期時(shí)間為1.0ns，每周期可執(zhí)行8條32bit指令，具有VelociTI.2先進(jìn)VLIW結(jié)構(gòu)內(nèi)核。8個(gè)獨(dú)立的功能單元。6個(gè)ALU（32、40bit），每個(gè)單元每周期都可完成一個(gè)32bit、兩個(gè)16bit或者4個(gè)8bit算術(shù)運(yùn)算。2個(gè)乘法器支持每周期完成4個(gè)16×16bit乘法（結(jié)果是32bit）或者8個(gè)8×8bit乘法（結(jié)果是16bit）。

DSP6416具有運(yùn)算精度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，與以前的伺服控制卡的處理器具有很大的優(yōu)勢(shì)，為伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用更復(fù)雜的、先進(jìn)的控制算法提供了硬件基礎(chǔ)。

3.2 FPGA 模塊設(shè)計(jì)

FPGA采用高性能的XILINX公司的XC3S2000型FPGA作為伺服控制卡的協(xié)處理器，具有200萬的系統(tǒng)門，高達(dá)260MHz的系統(tǒng)帶寬主要完成融合引導(dǎo)數(shù)據(jù)的采集、產(chǎn)生PWM調(diào)寬波信號(hào)、存儲(chǔ)管理、實(shí)現(xiàn)DSP與數(shù)據(jù)交換、A/D芯片和串口芯片的接口邏輯、實(shí)現(xiàn)CPCI總線接口芯片的本地仲裁。

由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用了可編程邏輯器件FPGA，使系統(tǒng)的邏輯控制和總線控制的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單、靈活。在設(shè)計(jì)的過程中，將DSP的地址總線、數(shù)據(jù)總線及讀寫控制等全部接入到FPGA內(nèi)，利用FPGA的可編程特性，進(jìn)行系統(tǒng)的時(shí)序和邏輯控制，內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.3 CPCI 模塊設(shè)計(jì)

CPCI模塊的設(shè)計(jì)主要是PCI接口設(shè)計(jì)，常用的設(shè)計(jì)方法主要有兩種方法，第一種方法是充分利用FPGA器件的資源，用VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)PCI接口的功能，第二種方法是利用專用的PCI總線的接口芯片，通過比較兩種方法可知，第一種方法開發(fā)難度大，成本較低，第二種方法開發(fā)比較容易，開發(fā)周期短?？紤]到本系統(tǒng)實(shí)際，在設(shè)計(jì)時(shí)，采用第二種方法，所選用的芯片是PCI9054。CPCI模塊設(shè)計(jì)如圖4所示。

4 伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

伺服軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分：CPCI工控機(jī)程序和伺服控制卡的DSP程序。

CPCI工控機(jī)程序開發(fā)環(huán)境采用Visual C++，C語言編程。應(yīng)用程序通過CPCI總線接收伺服控制卡發(fā)送的脫靶量和編碼器數(shù)據(jù)，完成融合處理和記憶跟蹤等算法。DSP伺服控制卡的軟件開發(fā)環(huán)境采用TI公司的CCS，C語言編程，DSP程序接收編碼器數(shù)據(jù)、電視脫靶量及跟蹤狀態(tài)，完成狀態(tài)的切換、捕獲算法和位置回路，速度回路的計(jì)算。CPCI工控機(jī)應(yīng)用程序軟件流程如圖5所示。DSP控制卡軟件流程如圖6所示。

為了保證實(shí)時(shí)性的要求，修改串口卡的驅(qū)動(dòng)程序，在驅(qū)動(dòng)程序中完成數(shù)據(jù)打包和收發(fā)，以簡(jiǎn)化硬件底層與應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交換。

篇9

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；PSD傳感器；二維自動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)

中圖分類號(hào)：S21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

太陽能是數(shù)量巨大的環(huán)保清潔能源，每年到達(dá)地球表面的太陽輻射能約為目前世界能耗總和的2×104倍，世界環(huán)保協(xié)會(huì)近日的一份報(bào)告上說，從目前到本世紀(jì)中葉，太陽能的開發(fā)將進(jìn)入，它在全球能源中占的比例將從目前的l％激增50％。大部分的太陽能系統(tǒng)都是采用固定式，所以隨著不同時(shí)段太陽照射位置的不同，無法隨時(shí)讓太陽能光電板與陽光保持垂直，因此也無法使太陽能板可以長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮其最大效率，尤其在上午與下午太陽斜射時(shí)，效果最差。為了能隨時(shí)或分時(shí)段變換太陽能電池板的旋轉(zhuǎn)角度，從而達(dá)到最大限度地吸收太陽能目的的，新型的節(jié)能環(huán)保技術(shù)--太陽能追日系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過各種系統(tǒng)方案的比較，本系統(tǒng)確定總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由感光元件、單片機(jī)、傳動(dòng)組件、步進(jìn)電機(jī)以及電源系統(tǒng)等組成。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 二維PSD傳感器

在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中采用二維位置敏感器件PSD (Position Sensitive Device)。PSD光電器件是一種光能/位置轉(zhuǎn)換器件，由于位置量為模擬量輸出，系統(tǒng)響應(yīng)快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應(yīng)用的價(jià)值。同時(shí)可對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，因而可以顯著提高系統(tǒng)的抗干擾能力，可以用來實(shí)現(xiàn)高速、高精度、抗干擾能力強(qiáng)的位置檢測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)應(yīng)用它來檢測(cè)太陽光的入射光線與固定平面法線的夾角，安裝時(shí)，PSD的遮光罩的頂部平面以及受光面均要與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的固定平板面平行。

2.2 單片機(jī)的選擇

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用搭配A/D轉(zhuǎn)換器的8051單片機(jī)來執(zhí)行對(duì)信號(hào)的接受、處理及對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，以達(dá)到隨太陽照射角度不同隨時(shí)調(diào)整的目的。

8051單片機(jī)問世于二十世紀(jì)八十年代早期。由于8051CPU內(nèi)核有著杰出的特性以及功能，在本世紀(jì)仍然可以得到良好的應(yīng)用?，F(xiàn)今不同的芯片供應(yīng)商可提供超過200種8051派生器件。有超過半數(shù)的嵌入式項(xiàng)目使用8051系列單片機(jī)。作為嵌入式處理器，8051是一枝獨(dú)秀的。典型的8051家族成員包含8051CPU內(nèi)核、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和一些功能。靈活的存儲(chǔ)器界面使用戶可以通過標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)和存儲(chǔ)器件擴(kuò)展8051的性能。

8051單片機(jī)共有40個(gè)引腳，按引腳功能大致可分為4個(gè)種類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。

1、電源

（1）VCC-芯片電源，接+5V；

（2）VSS-接地端；

2、時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

3、控制線:控制線共有4根。

(1)ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖；

(2)PSEN：外ROM讀選通信號(hào)；

(3)RST/VPD：復(fù)位/備用電源；

(4)EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源；

4、I/O線

8051共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。

P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）

5、P3口第二功能

P30 RXD 串行輸入口

P31 TXD 串行輸出口

P32 INT0 外部中斷0（低電平有效）

P33 INT1 外部中斷1（低電平有效）

P34 T0 定時(shí)計(jì)數(shù)器0

P35 T1 定時(shí)計(jì)數(shù)器1

P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通（低電平有效）

P37 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通（低電平有效）

2.3 追日方式的選擇

本系統(tǒng)采用2個(gè)步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)2組渦輪蝸桿，傳遞動(dòng)力至太陽能板，以使太陽能板達(dá)到精確的追蹤太能照射光線的變化。在追日方式上，經(jīng)過論證比較，采用X/Z雙軸追日系統(tǒng)。

太陽能追日系統(tǒng)的主要目的是隨時(shí)讓太陽能光電板與陽光保持垂直，以便于在單位面積內(nèi)能吸收到最多的太陽能。該系統(tǒng)共有三個(gè)可以調(diào)整的軸，X軸主要是調(diào)整太陽能光電板呈水平，或是朝南傾斜，Y軸主要是調(diào)整太陽能光電板呈水平，或是朝東傾斜，或是朝西傾斜，Z軸主要是調(diào)整太陽能光電板正面朝南，或是往東旋轉(zhuǎn)，或是往西旋轉(zhuǎn)。雖然在設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三個(gè)可以調(diào)整的軸，但是，事實(shí)上，只要調(diào)整X軸與Z軸，就可以達(dá)到使太陽能光電板與陽光保持垂直的目的。并且采用X軸與Z軸雙軸調(diào)整時(shí)，效果最理想。

3 系統(tǒng)工作原理圖

太陽能追日系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示。

圖2太陽能追日系統(tǒng)工作原理圖

太陽光透過二維PSD傳感器的透光孔到達(dá)傳感器的受光面后，受光面的四個(gè)電極就產(chǎn)生電流，這些電信號(hào)依次經(jīng)過前置放大電路、濾波電路以及采樣保持電路后，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后保存到8051單片機(jī)的寄存器中。

若入射點(diǎn)光的位置在受光面的中心，則受光面的各個(gè)電極的電流均相等，此時(shí)入射光線與固定平面垂直。

若入射點(diǎn)光的位置不在受光面的中心，受光面的電極電流不相等，可通過下列步驟調(diào)整旋轉(zhuǎn)平面：

①通過確定入射點(diǎn)與受光面中心的相對(duì)位置，計(jì)算出入射光線與固定平面法線的夾角；

②通過計(jì)算出控制水平轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)和控制豎直轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，使入射太陽光線與固定平面法線之間的夾角為零度；

③計(jì)算出輸出控制字節(jié)M，再由單片機(jī)根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)出控制指令，通過單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路以及多路轉(zhuǎn)換開關(guān)來依次選擇控制步進(jìn)電機(jī)，并使它們轉(zhuǎn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的角度，使太陽光的入射光線與固定平面法線的夾角為零度。

結(jié)論

本文利用步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)了一種用于太陽能集熱裝置的自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)，它能夠使固定在該裝置上接受太陽光部件的表面始終與太陽光垂直，大大提高了太陽能的利用效率。該結(jié)構(gòu)采用二維PSD傳感器的方法，隨時(shí)隨地的測(cè)量入射光線與固定平面法線的夾角，通過A/D轉(zhuǎn)換器后接入至單片機(jī)，再通過單片機(jī)來控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)以便調(diào)整固定支架的位置，直到固定平面與太陽光垂直，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)上固定接受太陽光部件的表面始終與太陽光垂直，因而能大大提高其太陽能的利用效率。

參考文獻(xiàn)

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篇10

2、光電成像器件及寬束電子光學(xué)：主要從事各種光電成像器件的原理與技術(shù)、設(shè)計(jì)、檢測(cè)及應(yīng)用技術(shù)，寬束電子光學(xué)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)等方面的研究工作。

3、虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)：主要從事虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)算法、技術(shù)、系統(tǒng)，及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用等方面的研究工作。

4、微光與紅外熱成像技術(shù)：主要從事微光與紅外成像探測(cè)理論、技術(shù)與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試、模擬仿真及總體技術(shù)，目標(biāo)與環(huán)境光學(xué)特性，圖像目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別與跟蹤技術(shù)等方面的研究工作。