專(zhuān)利名稱(chēng)：紅外探測(cè)器輸出的模擬方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬信號(hào)發(fā)生技術(shù)和紅外探測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種紅外 探測(cè)器輸出的模擬方法及裝置，應(yīng)用于四元紅外目標(biāo)跟蹤算法的調(diào)試和驗(yàn) 證與設(shè)備信號(hào)檢測(cè)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模擬信號(hào)發(fā)生技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方面。為了使得目標(biāo)跟蹤過(guò) 程中的數(shù)字信號(hào)處理算法能夠得到快速有效的驗(yàn)證、節(jié)約調(diào)試過(guò)程的成本， 模擬信號(hào)發(fā)生器的作用和意義就顯得非常明顯了。對(duì)于目標(biāo)和與原點(diǎn)的距 離和目標(biāo)像點(diǎn)相對(duì)光傳感器的位置都作了算法擬合，這樣可以根據(jù)目標(biāo)的 變化形成幅度、寬度、上升率均可調(diào)的脈沖輸出，最大程度的接近真實(shí)目 標(biāo)情況下的探測(cè)器輸出。目前大多數(shù)的四元紅外探測(cè)器模擬信號(hào)發(fā)生器都 是在設(shè)定目標(biāo)后輸出幅度、寬度及斜率固定的波形，這樣導(dǎo)致跟蹤算法的 調(diào)試和驗(yàn)證都很大程度上受到了限制，沒(méi)有達(dá)到真正的仿真信號(hào)源的作用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的跟蹤算法的調(diào)試和驗(yàn)證受限，仿真結(jié)果不 理想的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種跟蹤算法的調(diào)試和驗(yàn)證不受限制 且仿真結(jié)果理想的紅外探測(cè)器輸出的模擬方法及裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下紅外探測(cè)器輸出的模
擬方法根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息和目標(biāo)位置信息模擬探測(cè)器的波形信息，作為 紅外探測(cè)器輸出；具體為用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息模擬目標(biāo)沿固定軌跡由遠(yuǎn)到近 的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，根據(jù)探測(cè)器的輸出的幅度和目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的 能量成正比的原理，計(jì)算目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的面積(即能量)數(shù)據(jù)， 獲取與目標(biāo)像點(diǎn)掃描面積相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器輸出幅度特征；通過(guò)目標(biāo)位置信
息來(lái)模擬目標(biāo)相傳感器的位置，包括距離和角度，根據(jù)圓錐掃描原理計(jì)算
出目標(biāo)波形在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)刻，作為相位特征；結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息 獲得的幅度特征，從而獲得幅度特征和相位特征結(jié)合的、作為紅外探測(cè)器 輸出的全部動(dòng)態(tài)波形信息。
面積計(jì)算式s=a*R-R*sina(R-d)，其中a為像點(diǎn)圓心與探測(cè)器相交邊
4沿的夾角，R為像點(diǎn)半徑，d為像點(diǎn)與探測(cè)器相交的深度；
時(shí)刻計(jì)算式t=e*T/2n,其中t為出現(xiàn)的時(shí)刻；e為像點(diǎn)相對(duì)原點(diǎn)偏 角；T為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)周期；n為圓周率。
紅外探測(cè)器輸出的模擬裝置以信號(hào)處理器為核心，還包括DA轉(zhuǎn)換 電路及調(diào)整放大電路，配有復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，其中信號(hào)處理器通過(guò)串 口接口接收來(lái)自目標(biāo)的初始目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息和目標(biāo)位置信息，對(duì)所述初始信 息通過(guò)控制程序動(dòng)態(tài)提取波形特征并進(jìn)行恢復(fù)處理，得到數(shù)字量信息，經(jīng) SPI接口輸送給DA轉(zhuǎn)換電路，把得到的模擬量送至調(diào)整放大電路輸出。
本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明所述的紅外探測(cè)器輸出的模擬方法結(jié)合了目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息和位 置信息，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)波形的幅度和相位進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，這樣的波 形模擬包含了波形的全部信息，波形逼真，用在跟蹤算法的調(diào)式和驗(yàn)證過(guò) 程中方便、準(zhǔn)確、不受限制，仿真效果理想。
本發(fā)明釆用了高速的數(shù)字型號(hào)處理器作為主控芯片，它具有時(shí)鐘主頻 高、片上外設(shè)資源豐富、集成大量RAM等優(yōu)點(diǎn)特別適合本發(fā)明的大量計(jì) 算，用高速高分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器作為輸出器件，波形模擬高速、真實(shí)。 本發(fā)明裝置集成度高，運(yùn)行穩(wěn)定，可以方便地對(duì)本發(fā)明算法功能進(jìn)行完善。
本發(fā)明可應(yīng)用于四元紅外目標(biāo)跟蹤算法的調(diào)試和驗(yàn)證與設(shè)備信號(hào)檢測(cè) 等領(lǐng)域，本發(fā)明方式產(chǎn)生波形技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在各種波形發(fā)生器中。


圖1為紅外探測(cè)器輸出的模擬裝置電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2為紅外探測(cè)器輸出的模擬控制程序流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
紅外探測(cè)器輸出的模擬方法根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息和目標(biāo)位置信息模擬 探測(cè)器的波形信息，作為紅外探測(cè)器輸出；具體為用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息模擬 目標(biāo)沿固定軌跡由遠(yuǎn)到近的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，根據(jù)探測(cè)器的輸出的幅度和目 標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的能量成正比的原理，計(jì)算目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器 上的面積(即能量)數(shù)據(jù)，獲取與目標(biāo)像點(diǎn)掃描面積相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器輸出
幅度特征；通過(guò)目標(biāo)位置信息來(lái)模擬目標(biāo)相傳感器的位置，包括距離和角
度，根據(jù)圓錐掃描原理計(jì)算出目標(biāo)波形在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)刻，作為相
位特征；結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息獲得的幅度特征，從而獲得幅度特征和相位特 征結(jié)合的、作為紅外探測(cè)器輸出的全部動(dòng)態(tài)波形信息。面積計(jì)算式s= a*R-R*sin a(R-d)，其中a為像點(diǎn)圓心與探測(cè)器相交邊 沿的夾角，R為像點(diǎn)半徑，d為像點(diǎn)與探測(cè)器相交的深度。
時(shí)刻計(jì)算式t=e*T/2n，其中t為出現(xiàn)的時(shí)刻；e為像點(diǎn)相對(duì)原點(diǎn)偏
角；T為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)周期；n為圓周率。
幅度特征由像點(diǎn)及傳感器尺寸決定；相位特征由探測(cè)器數(shù)目決定(本
實(shí)施例數(shù)目為4個(gè))。
如圖l所示，紅外探測(cè)器輸出的模擬裝置以信號(hào)處理器DSP為核心， 還包括DA轉(zhuǎn)換電路及調(diào)整放大電路，配有復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，其中信 號(hào)處理器DSP通過(guò)串口接口接收來(lái)自目標(biāo)的初始目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息和目標(biāo)位置 信息，對(duì)所述初始信息通過(guò)控制程序動(dòng)態(tài)提取波形特征并進(jìn)行恢復(fù)處理， 得到數(shù)字量信息，經(jīng)SPI接口輸送給DA轉(zhuǎn)換電路，把得到的模擬量送至 調(diào)整放大電路輸出。本實(shí)施例還可以通過(guò)在信號(hào)處理器DSP后接調(diào)試電路 對(duì)模擬情況進(jìn)行調(diào)試。
如圖2所示，所述控制程序步驟首先，用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息模擬目標(biāo)沿 固定軌跡由遠(yuǎn)到近的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，根據(jù)探測(cè)器的輸出的幅度和目標(biāo)像點(diǎn) 掃描在探測(cè)器上的能量成正比的原理，計(jì)算目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的面 積數(shù)據(jù)，獲取與目標(biāo)像點(diǎn)掃描面積相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器輸出幅度特征；再通過(guò) 目標(biāo)位置信息來(lái)模擬目標(biāo)相傳感器的位置，包括距離和角度，根據(jù)圓錐掃 描原理計(jì)算出目標(biāo)波形在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)刻，作為相位特征；結(jié)合目 標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息獲得的幅度特征，從而獲得幅度特征和相位特征結(jié)合的、作為 紅外探測(cè)器輸出的全部動(dòng)態(tài)波形信息，然后將信息存儲(chǔ)于波形結(jié)構(gòu)體中； 再按時(shí)鐘節(jié)拍提取波形結(jié)構(gòu)體中存儲(chǔ)的幅度特征和相位特征，通過(guò)波形恢 復(fù)算法得到與該時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的波形的數(shù)字量，最后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出模 擬量波形。
波形恢復(fù)計(jì)算式d=65535*s/s—max,其中d為數(shù)字量輸出；s為目標(biāo) 像點(diǎn)掃描到探測(cè)器上的面積；s—max為掃描最大面積。
信號(hào)處理器DSP所接收的信號(hào)處理器DSP所模擬的傳感器輸出可以多 路。本實(shí)施例為四路。
權(quán)利要求
1. 一種紅外探測(cè)器輸出的模擬方法，其特征在于根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息和目標(biāo)位置信息模擬探測(cè)器的波形信息，作為紅外探測(cè)器輸出；具體為用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息模擬目標(biāo)沿固定軌跡由遠(yuǎn)到近的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，根據(jù)探測(cè)器的輸出的幅度和目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的能量成正比的原理，計(jì)算目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的面積數(shù)據(jù)，獲取與目標(biāo)像點(diǎn)掃描面積相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器輸出幅度特征；通過(guò)目標(biāo)位置信息來(lái)模擬目標(biāo)相傳感器的位置，包括距離和角度，根據(jù)圓錐掃描原理計(jì)算出目標(biāo)波形在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)刻，作為相位特征；結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息獲得的幅度特征，從而獲得幅度特征和相位特征結(jié)合的、作為紅外探測(cè)器輸出的全部動(dòng)態(tài)波形信息；面積計(jì)算式s＝α*R-R*sinα(R-d)，其中α為像點(diǎn)圓心與探測(cè)器相交邊沿的夾角，R為像點(diǎn)半徑，d為像點(diǎn)與探測(cè)器相交的深度；時(shí)刻計(jì)算式t＝θ*T/2∏，其中t為出現(xiàn)的時(shí)刻；θ為像點(diǎn)相對(duì)原點(diǎn)偏角；T為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)周期；∏為圓周率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述紅外探測(cè)器輸出的模擬方法，其特征在于幅 度特征由像點(diǎn)及傳感器尺寸決定；相位特征由探測(cè)器數(shù)目決定。
3. —種紅外探測(cè)器輸出的模擬裝置，其特征在于以信號(hào)處理器(DSP) 為核心，還包括DA轉(zhuǎn)換電路及調(diào)整放大電路，配有復(fù)位電路、時(shí)鐘電路， 其中信號(hào)處理器(DSP)通過(guò)串口接口接收來(lái)自目標(biāo)的初始目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息 和目標(biāo)位置信息，對(duì)所述初始信息通過(guò)控制程序動(dòng)態(tài)提取波形特征并進(jìn)行 恢復(fù)處理，得到數(shù)字量信息，經(jīng)SPI接口輸送給DA轉(zhuǎn)換電路，把得到的 模擬量送至調(diào)整放大電路輸出。
4. 按照權(quán)利要求3所述紅外探測(cè)器輸出的模擬裝置，其特征在于所述控制程序步驟首先，用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息模擬目標(biāo)沿固定軌跡由遠(yuǎn)到近的 運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，根據(jù)探測(cè)器的輸出的幅度和目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的能 量成正比的原理，計(jì)算目標(biāo)像點(diǎn)掃描在探測(cè)器上的面積數(shù)據(jù)，獲取與目標(biāo) 像點(diǎn)掃描面積相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器輸出幅度特征；再通過(guò)目標(biāo)位置信息來(lái)模擬 目標(biāo)相傳感器的位置，包括距離和角度，根據(jù)圓錐掃描原理計(jì)算出目標(biāo)波 形在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)刻，作為相位特征；結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息獲得的幅 度特征，從而獲得幅度特征和相位特征結(jié)合的、作為紅外探測(cè)器輸出的全 部動(dòng)態(tài)波形信息，然后將信息存儲(chǔ)于波形結(jié)構(gòu)體中；再按時(shí)鐘節(jié)拍提取波形結(jié)構(gòu)體中存儲(chǔ)的幅度特征和相位特征，通過(guò)波形恢復(fù)算法得到與該時(shí)刻 相對(duì)應(yīng)的波形的數(shù)字量，最后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出模擬量波形；面積計(jì)算式s=a*R-R*sina(R-d),其中a為像點(diǎn)圓心與探測(cè)器相交邊 沿的夾角，R為像點(diǎn)半徑，d為像點(diǎn)與探測(cè)器相交的深度；時(shí)刻計(jì)算式t=e*T/2n,其中t為出現(xiàn)的時(shí)刻；e為像點(diǎn)相對(duì)原點(diǎn)偏 角；T為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)周期；n為圓周率；波形恢復(fù)計(jì)算式d=65535*s/s—max,其中d為數(shù)字量輸出；s為目標(biāo) 像點(diǎn)掃描到探測(cè)器上的面積；s—max為掃描最大面積。
5.按照權(quán)利要求3所述紅外探測(cè)器輸出的模擬裝置，其特征在于信 號(hào)處理器(DSP)所模擬的傳感器輸出可以為多路。
全文摘要
本發(fā)明涉及模擬信號(hào)發(fā)生技術(shù)和紅外探測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種紅外探測(cè)器輸出的模擬方法及裝置。它根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息和目標(biāo)位置信息模擬探測(cè)器的波形信息，作為紅外探測(cè)器輸出；以信號(hào)處理器為核心，還包括DA轉(zhuǎn)換電路及調(diào)整放大電路，配有復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，其中信號(hào)處理器通過(guò)串口接口接收來(lái)自PC機(jī)的目標(biāo)初始目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息和目標(biāo)位置信息，對(duì)所述初始信息通過(guò)控制程序動(dòng)態(tài)提取波形特征并進(jìn)行恢復(fù)處理，得到數(shù)字量信息，經(jīng)SPI接口輸送給DA轉(zhuǎn)換電路，把得到的模擬量送至調(diào)整放大電路輸出。本發(fā)明技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在各種波形發(fā)生器中，使跟蹤算法的調(diào)試和驗(yàn)證不受限制且仿真結(jié)果理想。
文檔編號(hào)H04N5/33GK101425098SQ20071015786
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者佟新鑫, 侯緒奎, 楊光宇, 栗霄峰, 王慶山, 王恩德 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所