偏振光栅导航传感器电子系统设计.pdf

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1、2014年第33卷第i期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)97偏振光栅导航传感器电子系统设计马强，赵开春，尤政(清华大学精密仪器系，北京100084)摘要：偏振光栅导航传感器的电子系统采用了适应图像处理的软硬件体系结构，使其能够实时处理全天域偏振信息，具有更高的分辨率和精度。为了验证这种新体系结构的可行性，并且提供研究图像提取航向信息算法的平台，在阐述偏振光栅导航传感器工作原理的基础上提出其电子系统的设计方案。此电子系统是在现场可编程门阵列(FPGA)上构建的可编程片上系统(S

2、OPC)，通过Cameralink协议获取前级偏振检测图像数据，经过硬件化的算法模块和NiosII处理器计算出航向方位，并将结果通过串行通信协议发送上位机。测试显示：此电子系统能够实现偏振图像采集和处理，输出数据更新率高达20Hz，计算结果精度优于±O．01。，便于图像提取航向信息算法的硬件化验证。关键词：导航传感器；偏振光栅；图像采集；Cameralink；现场可编程门阵列；可编程片上系统中图分类号：TP212．9；TP391．4文献标识码：A文章编号：1000_9787(2014)01-0097-04Designofelectr

3、onicsystemofpolarizationgratingnavigationsensorMAQiang，ZHAOKai—chun，YOUZheng(DepartmentofPrecisionInstruments，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Theelectronicsystemofpolarizationgratingnavigationsensorutilizesanewarchitectureofhardware—softwarewhichadaptst

4、oreal—timeimageprocessingofall—skypolarizationinformation，whichhashigherresolutionandprecision．Inordertoverifyfeasibilityofthisnewarchitecture，andprovideplatform，forresearchonalgorithmfornavigationinformationextractionfromimage，adesignschemeforelectronicsystemofsensori

5、sproposed，onthebasisofinterpretatingitsprincipleforpolarizedlightnavigation．Theelectronicsystemisasystemonaprogrammablechip(SOPC)basedonFPGA，whichacquirespreceedingstagepolarizeddetectingimagedatasthroughCameralinkprotocol，throughhardwarealgorithmmodulesandNiosIICPUtoc

6、alculatecoursebearingandsendtouppercomputerthroughserialcommunication．Thetestindicatesthattheelectronicsystemisabletoachievethetaskofpolarizedimageacquisitionandprocessing，andupdaterateandcalculatingprecisionofoutputdatasisupto20Hzandpriorto±O．01。respectively．anditisco

7、nvenientforalgorithmverifyingnavigationin—formationextractionfromimageinhardwarecircuit．Keywords：navigationsensor；polarizationgrating；imageacquisition；Cameralink；FPGA；systemonaprogrammablechip(SOPC)0引言国内外研究者已经研制出偏振光导航传感器样机，并在具天空偏振光分布模式和生物偏振光导航机理的研究为体工程应用上开展试验研究。2000年，L

8、ambrinosD等人研仿生偏振光导航技术奠定了基础。沙蚁等昆虫的复眼具有制基于光电二极管检偏原理的传感器样机，并在移动机器特殊结构和神经，能够敏感关于太阳子午线对称的天空人上验证了仿生偏振光导航可行性，此后国内研究者研偏振光分布模式