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1、基于 DSP 的光电成像跟踪系统研究STUDY ON OPTOELECTRONIC IMAGING AND TRACKING SYSTEM BASED ON DSP学位授予单位及代码：长春理工大学(10186)学科专业名称及代码： 测试计量技术及仪器（080402） 研究方向： 精密测控技术与仪器 申请学位级别： 硕 士 2摘 要本论文旨在研制一套光电成像跟踪系统，该系统能在实验室条件下实现对动目标的实时跟踪，为理解光电成像跟踪系统的构成和实际应用提供实验平台和原理演示平台。本文阐述了光电成像跟踪系统原理与组成，论述了光电成像跟踪系统的设计和实现。 针对跟踪系统设备和系统指标要求，确定了跟踪控
2、制系统结构：控制系统由上位机和下位机两级控制系统组成，上位 PC 机对 CCD 相机采集的图像进行光电图像处理并提供人机界面，下位机采用基于 DSP 芯片的实验系统实现二维转台的实时控制，二者之间通过 RS232 通信协议进行命令和数据的通讯。结合转台驱动元件步进电机的矩频特性，对转台采用自适应控制策略，使二维转台的水平速度和垂直速度动态地改变，使得转台实时的跟踪目标，实现了高精度跟踪控制。关键词：光电成像跟踪 DSP 自适应控制 变速控制 串行通信 步进电机AbstractThis thesis aims at developing an photoelectric imaging and
3、tracking system. This system can achieve real-time tracking to moving object in laboratory. Finally a experiment platform and principle demo platform can be provided for the reserach of the structure and practical application of optoelectronic imaging and tracking system.The theory and technique of
4、engineering application is expounded in this paper.The designer and implementer of optoelectronic imaging and tracking system is discussed in this paper. In accordance with the researching tracking equipments and requirement of system index, the tracking control structure is confirmed: the master-sl
5、ave control structure. The master-slave control structure based PC and DSP experiment system. The PC accomplish the processing of optoelectronic image collected by CCD camera and implement the human-computer interface. The real time control of two-dimensional numerical turntable is achieved by DSP e
6、xperiment system. The communication of command and data between PC and DSP experiment system is accomplished through RS232 communication protocol. According to pulse-torque characteristics of stepper motor of two-dimensional numerical turntable, the adaptive control algorithm is adopted which can ac
7、hieve high precision tracking control through dynamic changes of the velocity of horizontal axis and the velocity of elevation axis of the two-dimensional numerical turntable.Key words: optoelectronic imaging and tracking DSP adaptive control variable speed control serial communication stepper motor
8、 目 录摘 要ABSTRACT目 录第一章 绪论 .11.1 课题研究背景、目的及意义 .11.2 光电成像跟踪系统国内外现状 .11.3 论文主要研究内容 .31.4 论文结构安排 .3第二章 光电成像跟踪系统总体设计方案 .52.1 光电成像跟踪系统工作原理 .52.2 光电成像跟踪系统组成 .52.3 光电成像跟踪系统总体设计 .102.4 PC 机与 DSP 的通信设计 .122.5 转台的控制方案设计 .12第三章 系统硬件设计 .163.1 DSP 选型及 TMS320LF2407 简介 .163.2 基于 DSP 的转台控制系统功能分析 .193.3 步进电机及其工作原理 .22
9、3.4 光电隔离模块 .27第四章 系统的软件设计与实现 .284.1 主程序设计 .284.2 系统初始化设置 .284.3 SCI 串口通信模块设置 .294.4 脉冲输出子程序 .324.5 转台控制算法及其实现 .344.6 光电编码器测角信号处理子程序 .394.7 上位机（PC 机）人机界面设计 .40第五章 实验结果及控制系统的改进意见 .455.1 DSP 仿真开发环境及 DSP 软件开发流程 .455.2 DSP 硬件仿真器 .475.3 实验系统介绍 .485.4 实验结果分析 .485.5 总结与展望 .50致谢 . 51参 考 文 献 .521第一章 绪 论1.1 课题
10、研究背景、目的及意义1.1.1 课题研究背景光电成像技术是适应信息社会的需要而迅速发展的一门新技术分支学科。这一先进的技术为人类有效地扩展了自身的视觉能力。利用光电成像技术，可在全黑的夜空不用照明能像白天一样看清周围景物；可利用景物本身在常温下的辐射能获得可见的图像信息；可通过视频信号的转换来完成图像的传输、存贮以及处理等功能。由于光电成像技术首先在军事领域中得到了应用，因此这一技术已成为国防科技中至关重要的专业技术。随 着 光 电 编 码 技 术 、 电 视 摄 像 技 术 、 热 成 像 技 术 、 红 外 技 术 、 数 字 图 像 处 理 技 术的 不 断 进 步 ， 光 电 成 像
11、跟 踪 技 术 自 二 十 世 纪 六 十 年 代 以 来 , 得 到 了 极 大 的 发 展 , 在导 弹 制 导 、 火 炮 控 制 、 天 文 观 测 （ 空 间 飞 行 体 和 星 体 跟 踪 ） 、 靶 场 测 量 、 武 器 控 制 、航 天 航 空 等 领 域 有 着 极 其 广 泛 的 应 用 1。 此 外 ， 光 电 成 像 跟 踪 技 术 在 工 业 及 科 学 研 究中 也 有 很 多 用 途 ， 如 印 刷 包 装 中 目 标 定 位 ， 工 业 检 测 、 安 防 监 控 等 。1.1.2 课题研究目的本 课 题 来 源 于 实 验 室 学 科 建 设 项 目 ， 旨
12、 在 研 制 一 套 光 电 成 像 跟 踪 系 统 ， 该 系 统 能在 实 验 室 条 件 下 实 现 对 动 目 标 的 实 时 跟 踪 。 该 系 统 的 设 计 主 要 是 为 了 研 究 光 电 成 像跟 踪 装 置 如 何 能 快 速 、 准 确 的 跟 踪 目 标 ， 并 且 为 各 种 跟 踪 算 法 提 供 知 识 积 累 以 及 为 理论 的 实 践 提 供 实 验 平 台 。1.1.3 课题研究意义光电成像跟踪系统是集光学技术、激光技术、计算机技术、信息处理、控制技术等多学科为一体的现代高精跟踪系统 2 。近年来，光电成像跟踪系统在许多领域获得日益广泛和重要的应用，为国家现代化建设发挥着重要的作用。随着科学技术的迅速
