专利摘要

本发明提供一种红外辐射谱测量中的调制器控制及反馈系统，本系统以ARM和FPGA为主要处理器，以振动反射镜（以下简称振镜）和斩光盘为调制器，可以实现调制器驱动信号的产生、反馈信号的幅度和频率计算、与控制工控机通信、产生方波参考信号并可移相输出等功能。该系统包括电源模块、模式切换模块、振镜驱动模块、斩光盘驱动模块、振镜反馈模块、移相模块和通信模块。通过本发明，可以实现对振镜和斩光盘两种类型的调制器进行控制，并且减少了传输过程中受到的干扰，操作方便，易集成。

说明书

技术领域

本发明涉及目标监测与识别的技术领域，特别涉及一种红外辐射谱测量中的调制器控制及反馈系统。

背景技术

调制器是测量红外辐射谱的关键器件之一，它的作用有三点：一是抑制目标的背景干扰；二是调制目标信号，便于后续信号处理系统对目标信号的提取；三是利用目标交变信号的基波和二次谐波的相位关系实现望远镜的精密跟踪。

测量红外辐射谱需要用到的调制器有两个：振镜和斩光盘，其中振镜用来调制点目标，斩光盘用来调制面目标，它们分时工作。传统的方法是振镜和斩光盘有各自的驱动装置，导致系统比较笨重，操作也相对复杂。而且在这种模式下，振镜的驱动信号都是由波形发生卡或者信号发生器提供，很难实现不同振幅工作模式之间的快速切换。

另外，传统调制器的驱动装置都是直接传输模拟信号给调制器，但是经过几十米长的传输路径，传输过程中受到的干扰不可预知，而且会随环境温湿度等的变化而变化。

发明内容

本发明的主要目的是克服传统红外辐射谱测量中对振动反射镜（以下简称振镜）和斩光盘等调制器分别控制的不足，提供一种调制器控制及反馈系统，不仅集成了振镜和斩光盘的控制模块，还可以对各自的反馈信号进行处理，实现了系统的小型化，降低了工作成本。

本发明还有一个目的是克服传统红外辐射谱测量中直接传输模拟信号，在长的传输距离中容易受到干扰和环境条件影响的不足，提供一种调制器控制及反馈系统，通过工控机以数字信号传输命令及相关信息，减少了传输过程的干扰和环境影响。

本发明采用的技术方案为：

一种红外辐射谱测量中的调制器控制及反馈系统，该系统以振镜和斩光盘为调制器，其特征在于，该系统包括：模式切换模块、振镜驱动模块、斩光盘驱动模块、振镜反馈模块、移相模块、通信模块和电源模块；其中，

所述的模式切换模块用于控制振镜和斩光盘两种模式之间的切换；

所述的振镜驱动模块用于产生振镜的驱动信号；

所述的斩光盘驱动模块用于产生斩光盘的驱动信号；

所述的振镜反馈模块用于计算振镜反馈信号的频率和振幅，并产生方波参考信号；

所述的移相模块用于将方波参考信号移相输出；

所述的通信模块用于根据上位机指令对调制器进行处理；

所述的电源模块通过外部提供的220V交流电源产生该系统内部需要的所有电源；

从而该系统可同时控制振镜和斩光盘两种类型的调制器。

其中，所述的振镜驱动模块使用DDS直接数字频率合成技术，产生正弦波来驱动振镜。

其中，通过模拟乘法器对驱动振镜的正弦波幅度进行控制。

其中，所述的斩光盘驱动模块通过写数字电位器的阻值控制字，实现对斩光盘的频率控制。

其中，所述调制器控制及反馈系统根据反馈正弦波信号产生方波参考信号。

其中，所述调制器控制及反馈系统通过UART模块实现工控机对调制器的各种功能控制。

本发明和现有技术相比的优点在于：

1、采用直接数字频率合成技术和模拟乘法器产生正弦波来驱动振镜，切换速度快，频率分辨率高。

2、采用FPGA实现方波信号的移相功能，使处理后的信号和原驱动信号保持严格同步。

附图说明

图1为本发明提供的调制器控制及反馈系统构成示意图；

图2为ARM处理器的工作流程图；

图3为振镜驱动模块；

图4为乘法器输入信号-IN1；

图5为乘法器输入信号-IN2；

图6为乘法器输出信号-OUT；

图7为DDS原理图；

图8为数字电位器与ARM的接口电路；

图9为振镜反馈模块；

图10为振镜反馈正弦波信号；

图11为正弦波变方波信号；

图12为方波参考信号；

图13为移相90°后的方波参考信号；

图14为移相180°后的方波参考信号；

图15为UART中断服务程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明是一种以ARM和FPGA为主要处理器的调制器控制及反馈系统，包括电源模块、模式切换模块、振镜驱动模块、斩光盘驱动模块、振镜反馈模块、移相模块和通信模块。其中，控制模块以ARM为核心，采用AD公司的ADuC7026，它的主要功能是实现调制器驱动信号的产生和反馈信号的幅度计算，控制振镜和斩光盘的切换。工作流程如图2所示，首先进行系统初始化，再配置寄存器，然后进入中断判断程序，其中：UART中断服务程序用来实现工控机对系统的控制，详见通信模块；振镜中断服务程序用来采样计算振镜反馈信号的振幅；定时器中断服务程序用来监测ARM和FPGA有没有正常工作，为系统自检提供参考。最后退出中断返回主程序。反馈信号处理模块以FPGA为核心，采用Xilinx公司的XC3S100，它的主要功能是实现反馈信号的频率计算和提供移相输出后的方波参考信号，用以计算目标位置。

以下结合附图，分模块对本发明作进一步详述。

电源模块：系统内部所需的所有电源均由外部提供的220V交流电源变换产生。其中，模拟电路所需要的+12V/500mA和-12V/500mA电源由线性稳压电路（7812/7912系列）产生；数字电路所需要的+5V/1A和+3.3V/1A电源，由线性LDO（LM1117）电路产生；RS422接口所需的+5V（100mA/5W）隔离电源，由隔离DC/DC模块产生。

模式切换模块：根据要观测的目标状态，上位机可通过ARM的GPIO接口控制固态继电器的通断来选择振镜模式或斩光盘模式。

振镜驱动模块：如图3所示，ARM处理器通过SPI接口控制直接数字频率合成器（DDS）产生正弦波信号（幅度只有0.8V），通过放大器将正弦波信号幅度转换为-5V~+5V。ARM处理器自带12bitD/A模块产生直流可控电平经放大器放大后与正弦波信号一起送入乘法器进行幅度调制，解决了直接数字频率合成技术不能调节波形振幅的问题。最后再经功率放大器进行功率放大后输出振镜驱动信号。所述模拟乘法器调幅电路的输入输出波形包括：输入IN1为ARM自带D/A产生的直流可控电平（如图4），输入IN2为经模拟电路处理后的标准正弦波（如图5），输出OUT为IN1和IN2乘积（如图6）。

所述DDS芯片采用ADI公司的工业级高精度可编程波形发生器AD9833B，原理如图7所示：相位累加器对频率控制字决定的相位增量进行累加，通过正弦波查找表查到对应的正弦波幅度值，再进入数模转换器把数字信号转换成模拟信号，最后通过低通滤波器输出需要的正弦波。其优点是：频率分辨率高、转换速度快、相位连续、噪声低、数字化、可编程、易集成。

斩光盘驱动模块：通过用数字电位器AD8400AR（图8为数字电位器与ARM处理器的接口电路）取代斩光盘驱动器原来的模拟电位器（人工调节），通过I/O接口（P1.3）仿SPI接口写阻值控制字，来调节斩光盘的频率。

如图9为振镜反馈模块：通过压电传感器将振镜反馈的正弦波信号（如图10所示）引入系统中，通过预处理电路和偏置电路将信号幅度压缩为ARM处理器A/D转换器要求的0-5V范围，经12bit的A/D转换器以100K频率采样、转换后存入内部SRAM中，供ARM处理器分析，计算出幅度值。同时，振镜反馈的正弦波信号还要通过电压比较器变成方波信号（如图11所示），通过整形电路处理为TTL方波参考信号（如图12所示）用于计算目标位置。FPGA还要计算此方波参考信号的频率给控制系统提供参考。

移相模块：由于后续处理电路要求信号严格同步，而经过模拟电路处理的方波参考信号早就偏离了原来驱动信号的相位，因此要对此方波参考信号进行移相。本系统中的移相功能是通过FPGA实现的，它先把要移动的相位度数转换成脉冲个数，再进行移相，其精度可以达到0.1°。如图13所示为移相90°的方波参考信号，如图14所示为移相180°后的方波参考信号。

通信模块：上位机和调制器控制及反馈系统的通信接口采取RS-422电路形式，选用AD公司生产的内带隔离的RS422专用工业级芯片ADM2484E。由于RS-422接口电路与系统内部电路不能共地，因此采取光耦隔离。通信为异步串行全双工格式，128K波特率，8位数据位，1位停止位，1位校验位（奇校验）。通信模块的工作流程如图15所示，首先进入UART中断，接收命令帧，然后判断帧头（2个字节，用5Ah和54h表示），再判断数据包标志（1个字节，其中0Ah代表设定调制器类型；01h代表调制器自检；04h代表请求调制器状态参数回传；2Eh代表设定调制器频率与振幅；2Fh代表振镜振幅切换；3Eh代表设置温控温度；4Dh代表设置参考信号相位移动量），根据数据包标志执行相应的控制命令，然后读取调制器的反馈信号，与设定值进行比较，将反馈状态和判断结果发送给上位机，并返回主程序。

至此，完成一种ARM+FPGA组成的调制器控制及反馈系统，能够实现振镜和斩光盘两种调制器的控制；其中振镜的驱动信号频率在1900HZ-2500HZ可调，精度1HZ，幅度±5V，振幅精度优于1%；斩光盘的驱动信号频率在1920HZ-2150HZ可调；可以将反馈的正弦波信号转换为方波参考信号；可以对方波参考信号移相，从而提供准确的位置信息。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种红外辐射谱测量中的调制器控制及反馈系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。