基于前向光散射的尾流实时探测系统.pdf

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1、测量与检测技术《电气自动化)2009年第31卷第3期Measurement＆DetectingTechnics基于前向光散射的尾流实时探测系统西安邮电学院电信系(陕西西安710061)周花摘要：设计了一种基于DSP+CCD的尾流前向光散射特性实时探测系统，该系统包括光电信号转换、信号处理和时序产生单元三大部分。介绍了系统的硬件工作原理和信号流程，同时依据尾流中气泡光散射谱强度的高斯分布特性，将高斯拟合方法用于该检测系统的软件处理，有效地解决了CCD饱和与测量噪声对散射谱强度半值宽度和峰值的影响，提高了

2、气泡检测精度，同时解决了DSP处理器内存不足的问题。‘关键词：尾流光散射谱强度实时探测前向光散射[中图分类号JTN249，TM939．9[文献标识码】B[文章编号】1000．3886(2010)03—0069—03Real—timeDetectionSystemforWakeStreamBasedonForwardLightScattering(DepartmentofElectronicandInformationTechnologyXiartInstituteofPostsandTelecommu

3、nications，anShanxi710061，China)ZhouHuaAbstract：Areal—timeforwardlightscatteringwakestreamdetectingsystembasedonDSP+CCDwaspresented，whichencompassesphotoelectricsignalconvemionunit，DSPandclockpulsesignalsblocks．Theprincipleofhardwarewasintroducedbriefly．

4、Basedontheunder-standingofthecharacteristicsoflightscatteringspectrumintensityofairbubbleinwakes，theGaussianfittingmethodWasusedtoDSPprocessingdetectingsystem．ItwasshownthatthedetectionprecisionhadbeenimprovedgreatlybydecreasingtheinfluenceofCCDsaturati

5、onandthemeasurementnoisesontheFWHMandpeakvalueofthescatteringspectrumintensity．Theproblemofinsufficientmemorywasalsosolvedbythismethod．Keywords：wakestreamlightscatteringspectrumintensityreal—timedetectionforwardlightscattering0引言峰值，而这两者能够反映尾流中气泡的密度和大小分布

6、。该系统具通过探测水下目标所产生的尾流的透射、散射等光学特性，达有结构简单、采集速度高、算法可移植性及系统扩展性等特点。为了保证时序的匹配和信号的严格同步，各部分均在统一的基到对目标探测、跟踪、识别等目的称为光尾流探测“，．3'，。尾流中气泡的存在使得尾流呈现出与周围海水介质不同的光散射特性，本时钟下工作。首先由外接时钟作为整个系统的统一时钟送人CPLD，再经CPLD产生CCD的各路驱动时钟、A／D和DSP的时钟早期的研究表明在3。的散射角范围内集中了50％以上的散射光强，在l0o散射角范围内集中了8

7、6％的散射光强】。因此，通过探以及与DSP通信的信号。系统采用线阵CCD每11毫秒将尾流前向测水中气泡的前向散射光即可达到对尾流的探测。而尾流气泡的散射光转换成10628个模拟信号，该模拟信号由A／D转换器转换成数字信号送入DSP进行处理，A／D的工作频率必须和CCD的输出前向光散射特性可以采用其散射谱强度来测量，即用气泡光散频率严格同步才能确保不丢失有用的数据。DSP的输出分两路以12射谱强度分布的半高宽度和峰值参数作为衡量尾流中气泡群的存在和大小的依据。该方法由于受背景光干扰小，检测能力强而具位的

8、分辨率分别把数字形式的散射光谱的峰值和半高宽度值送给有较高实用价值。D／A，D／A的输出由运算放大器进行电流一电压转换最终输出模拟本文基于前向散射，利用DSP+CCD+CPLD设计实现了气泡的散射光谱的峰值和半高宽度值。系统框图如图1所示。光散射谱强度分布实时探测处理系统。通过对散射谱强度进行高斯1-2硬件电路设计拟合消除了CCD本底输出噪声和饱和带来的不利影响，提高了利用CCD光电转换单元：尾流探测，即通过探测舰船的尾流达到气泡光散射谱强度判断尾流中气