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性能优异且满足应用要求的红外探测系统需要处理能力强、可靠性高的实时信号处理平台作为技术支撑。在以往的系统设计中,信号处理的各功能模块常常在多个分立的硬件平台上实现,存在处理能力不够、硬件结构不灵活等缺点。因此设计一个具有强大数据处理能力、可靠稳定的实时信号处理平台非常必要。
采用基于SOPC的嵌入式信号处理平台设计方案可以将系统的主要软硬件功能模块都集中在一块芯片内,具有系统处理能力强大、功能灵活、可移植性高、实时性好、外部接口丰富、体积小等突出优点。
本文针对红外信号处理平台的具体功能需求,研制了基于SOPC的嵌入式红外信号处理平台,并在平台基础上研究了小目标检测与跟踪算法的理论和实现。本文的主要研究成果如下:
(1)通过分析红外信号处理平台的功能需求和对几种常用硬件结构和平台架构的比较分析,提出了基于SOPC的嵌入式红外信号处理平台的设计方案。基于SOPC的嵌入式红外信号处理平台分为硬件平台和软件平台两个主要模块。硬件平台以内嵌了PowerPC处理器硬核的FPGA作为核心芯片,外接红外图像的存储模块、显示模块、通信模块。软件平台运行于FPGA片内的PowerPC处理器,通过在PowerPC处理器上移植嵌入式实时操作系统VxWorks,实现了实时稳定的软件平台。整个软硬件平台都集成在一块板卡上,其中,核心模块都在一块FPGA芯片内实现,实现了基于SOPC的嵌入式平台。
(2)研究了多种红外小目标检测与跟踪算法。分别对各类DBT和TBD算法、目标跟踪算法的理论和仿真处理效果进行了详细分析。提出了改进的阈值分割的目标检测算法和改进的动态规划的TBD目标检测算法,可以有效地改进原有算法中存在的不足。
(3)结合嵌入式SOPC平台的结构特点,研究了红外小目标检测与跟踪算法在嵌入式SOPC平台上的实现方法,通过对真实红外图像数据的注入式仿真实验,测试平台的功能和性能,取得了满意的效果。实验结果表明,本文设计的红外信号处理平台处理能力强,实时性好,能够可靠稳定工作,具有很强的工程实用价值。