多觸發(fā)源的高速影像自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

柳 琦

中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安 710089

0 引言

使用高速攝像機(jī)拍攝武器投放瞬間，是獲取武器投放影像數(shù)據(jù)的重要手段。高速攝像機(jī)觸發(fā)方式有：手動(dòng)觸發(fā)、自動(dòng)觸發(fā)，當(dāng)手動(dòng)觸發(fā)實(shí)施條件不具備時(shí)，需要抽引機(jī)上信號(hào)自動(dòng)觸發(fā)高速攝像機(jī)。某型機(jī)武器投放涉及多個(gè)觸發(fā)信號(hào)，各觸發(fā)信號(hào)特性不同，本文設(shè)計(jì)觸發(fā)信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速影像自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

某型機(jī)載高速攝像系統(tǒng)對(duì)應(yīng)10路機(jī)上信號(hào)自動(dòng)觸發(fā)高速攝像機(jī)。各觸發(fā)信號(hào)特性不同，要實(shí)現(xiàn)機(jī)載高速攝像系統(tǒng)的正常自動(dòng)觸發(fā)，需要對(duì)武器系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行邏輯控制，輸出正確的觸發(fā)信號(hào)到高速攝像機(jī)。高速攝像機(jī)多通道觸發(fā)控制系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1 高速攝像機(jī)多通道觸發(fā)控制系統(tǒng)框圖

觸發(fā)控制器對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行光藕隔離，邏輯控制，輸出至高速攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)高速相機(jī)的機(jī)上自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2 機(jī)上觸發(fā)信號(hào)特性

高速攝像機(jī)的觸發(fā)接收電路具有光電隔離功能，由外部的信號(hào)點(diǎn)亮LED信號(hào)燈或者短路觸發(fā)引腳，由內(nèi)部電路給LED信號(hào)燈供電，推動(dòng)內(nèi)部的光電接收器產(chǎn)生內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)。在機(jī)載電路實(shí)現(xiàn)中，采用了短接觸發(fā)信號(hào)引腳的方式。電路原理圖如下。

圖2 高速攝像機(jī)觸發(fā)信號(hào)輸入電路圖

高速攝像機(jī)的觸發(fā)信號(hào)來(lái)自機(jī)上信號(hào)，中間經(jīng)過(guò)了與機(jī)載信號(hào)調(diào)節(jié)器的交聯(lián)，再通過(guò)觸發(fā)調(diào)節(jié)器進(jìn)行隔離，輸出至高速攝像機(jī)， 10路觸發(fā)信號(hào)根據(jù)信號(hào)特性分為3種類(lèi)型：開(kāi)關(guān)信號(hào)、武器正常投放信號(hào)、武器應(yīng)急投放信號(hào)。每一路信號(hào)再有效狀態(tài)下都能輸出2路高速攝像機(jī)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)2臺(tái)高速攝像機(jī)的觸發(fā)拍攝。各觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)要求為：

開(kāi)關(guān)信號(hào)特性：要求在開(kāi)啟信號(hào)產(chǎn)生和關(guān)閉信號(hào)產(chǎn)生時(shí)都有觸發(fā)響應(yīng)。

武器正常投放信號(hào)特性：正常投放為脈沖信號(hào)，要求在脈沖上升沿觸發(fā)高速攝像機(jī)。

應(yīng)急投放信號(hào)：應(yīng)急投放信號(hào)為切換信號(hào)，要求在信號(hào)下降沿觸發(fā)高速攝像機(jī)。

3 觸發(fā)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

觸發(fā)信號(hào)調(diào)節(jié)主要組成為： FPGA邏輯控制電路、輸入信號(hào)隔離電路、輸出驅(qū)動(dòng)隔離電路。高速攝像機(jī)觸發(fā)調(diào)節(jié)核心組成內(nèi)容框圖如圖3所示。

圖3 高速攝像機(jī)觸發(fā)調(diào)節(jié)核心組成內(nèi)容框圖

電源轉(zhuǎn)換模塊采用蓋亞電源模塊以及LM1117-3.3等二次電源轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)將機(jī)載28V電壓轉(zhuǎn)換為設(shè)備需要的+5V，+3.3V、+1.2V、+2.5V等電壓，滿(mǎn)足系統(tǒng)需要。

采用光耦對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行隔離，光耦選用6N137， 1路輸入電路如圖4所示。

圖4 光耦輸入隔離電路

FPGA選 用 選 擇 Al tera Cyclone IV系 列EP4CGX15BN11I7N， 其工作溫度范圍是-40o-125o，其內(nèi)部有14400邏輯單元，memory空間為552960bit，2個(gè)PLL。采用模擬開(kāi)關(guān)與固態(tài)繼電器配合，來(lái)控制觸發(fā)AOS相機(jī)[1]。繼電器選用TE Connectivity公司的IM23TS型小型固態(tài)繼電器。最大切換功率可達(dá)60W，工作溫度-40℃-+85℃。1組驅(qū)動(dòng)輸出電路如圖5所示。

觸發(fā)控制系統(tǒng)區(qū)別對(duì)待不同輸入觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)FPGA邏輯控制電路設(shè)計(jì)、輸入信號(hào)隔離電路設(shè)計(jì)、輸出驅(qū)動(dòng)隔離電路設(shè)計(jì)，組成多觸發(fā)源高速影像自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了多觸發(fā)信號(hào)源狀態(tài)下的高速攝像機(jī)觸發(fā)控制問(wèn)題。

圖5 繼電器驅(qū)動(dòng)電路

4 系統(tǒng)應(yīng)用

多觸發(fā)源高速影像自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某型機(jī)的定型試驗(yàn)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，滿(mǎn)足機(jī)上各型觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)需求，所獲視頻數(shù)據(jù)正確、清晰。

[1]李廣軍，王厚軍.實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.