FY-4闪电成像仪实时事件处理器（RTEP）的FPGA设计研究

闪电是中尺度，特别是中-γ尺度天气系统研究的有力工具。闪电成像仪主要利用4种方法组合来实现闪电信号的增强与探测。这4种方法是：光谱滤波、空间滤波、时间滤波、帧一帧背景去除。实时事件处理器（RTEP）是实现帧一帧背景去除的最为有效的手段，它是提取闪电信号的重要途径。实时事件处理器是一个实时数字信号处理系统，在2ms的时间内要完成12bit量化的512x512个像素的信号数据处理，探测出闪电信号。文章论述了实时事件处理器RTEP的必要性，实现原理，以及FPGA实现方案。     

FY-4卫星闪电成像仪设计与实现

介绍了我国第一台探测闪电的空间光学遥感仪器——风云四号(FY-4)卫星装载的闪电成像仪的设计与实现。给出了空间光学闪电探测原理。FY-4A星闪电成像仪采用小F数透射光学系统,用双镜头拼接实现大视场覆盖;采用高稳定度超窄带多腔干涉滤光片实现闪电信号滤波,以高速多抽头大光敏元CCD器件为敏感元件获取闪电与背景图像,由实时事件处理器在积分时间内按像元完成焦面数据的多帧背景评估、背景去除、阈值比较和闪电事件编码;采用与闪电事件一致的视场分辨率进行空间滤波,降低云层、陆地和海洋等背景信号对闪电信号的影响。研制的闪电成像仪由闪电成像仪主体、闪电信息处理盒、闪电管理与温控盒和闪电配电盒组成,设计了闪电探测、地标观测和FPGA程序上注三种工作模式。FY-4A星闪电成像仪研制中突破了闪电成像仪分系统总体、超窄带滤光片应用、高帧率CCD器件、实时事件处理器,以及闪电成像仪实验室标定与验证等关键技术。闪电成像仪的指标与国际同类仪器相当。至目前为此在轨测试表明:该闪电成像仪能实现对不同强度闪电事件实时探测,具备对强对流天气过程完整监测和跟踪能力。展望了后续我国闪电成像仪技术的发展和应用需求。     

静止轨道闪电光学探测的光谱选择及影响分析

闪电产生于强对流云或对流云系,是强对流灾害性天气的"示踪器"。闪电成像仪在静止轨道上利用瞬态闪电和缓变的云层、陆地与海洋等背景噪声之间存在时间、空间和光谱特性上的差异,采用光谱滤波、空间滤波、多帧-帧背景去除等三种方法组合来实现瞬态闪电的增强与探测。由于中国缺少云顶闪电辐射、闪电分布、闪电瞬态特性等参数,静止轨道闪电光学探测仪器的设计重点之一是光学探测谱段的选择与评价。针对中国存在的闪电光学性能研究不足和空基天基的光学探测手段较少的情况,在地面采用光谱仪对人工模拟闪电、自然界闪电进行光学特性探测,对获取到的地基闪电光谱数据进行分析和反演,从而得出天基闪电探测的参数选择。文章重点论述了闪电的空间光学探测仪器的探测谱段选取、仿真计算、试验验证等内容,为静止轨道闪电光学探测载荷研制提供基础数据和保障。     

静止轨道闪电探测性能实验室验证技术研究

在空间遥感领域,闪电是具有代表性的瞬态点源随机多目标,闪电与雷暴等强对流气象现象有着密切的联系,通过对闪电的观测可获取雷暴雨等强对流天气的分布、变化、定位、预报。作为有代表性的瞬态点源目标,通过对特定区域的闪电进行连续观察,可以统计出该区域闪电发生的频次和闪电发生周期等特征信息,从而为闪电的预报提供科学依据。由于缺少云顶闪电辐射、闪电分布、闪电瞬态特性等参数,地面模拟缓变的云层、陆地与海洋等背景和云顶闪电存在较大的困难,静止轨道闪电探测类相机的探测率(Lightning Detection Efficiency,LDE)、虚警率(False Alarm Rate,FAR)等探测性能验证由于目标特性的不确定性也变得更加困难。基于闪电信号及云背景的光学辐射特性参数,文章对闪电目标及云背景进行了模拟,实现了实验室闪电场景模拟系统。文章论述了在实验室中利用静止轨道闪电探测相机对模拟的云顶闪电和背景进行成像与探测的试验,通过对探测结果进行综合统计、比对与分析,验证静止轨道瞬态随机点源目标探测类相机的探测性能,为相机的交付和在轨运行提供有力的保障。     

基本型遥测解调分系统

本文描述了基本型实时计算机遥测系统的一个重要组成部分一遥测解调分系统，它由码同步器、帧同步器和各种副帧同步器组成，完成对遥测数据的同步、解调，为系统提供码同步、字同步、帧同步和副帧同步信号。在设计中采用了数模混合锁相技术、ＡＧＣ及基线恢复技术、匹配滤波技术、全数字相关判决技术等一系列新技术，在国内首次实现了遥测解调设各的小型化、模块化和总线化．     

机载图象信号实时压缩编码/解码系统

文中介绍一种机载遥感图象实时压缩编码系统的原理、性能和实验結果。在方案设计过程中,充分地考虑了系统的体积和处理速度。采用TMS32010信号处理器作为系统的核心单元;可在0.4s时间内处理一帧512×512×8bit的图象;图象压缩比可根据图象传输速率或图象质量的要求,通过修改处理器程序中某些参数加以改变。该系统亦可以用于其它图象传输领域。     

多设备协同测试中雷达数据帧同步方法

在多设备协同测试系统外场联调中,WEIBEL弹道测量雷达的实时弹道数据作为引导源输入至融合处理中心.试验发现,按照设备用户手册中介绍的实时数据输出的帧结构,采用常规的标志位确定帧头的方法无法实现帧同步,导致引导数据不能正确还原,这在多设备协同测试中是一个致命问题.论文通过分析实测的数据帧结构及实时数据传输信号,提出了利用CRC校验位实现帧同步的方法.试验表明,这一方法能够可靠解决多设备协同测试系统雷达引导数据的帧同步问题,为融合处理中心正确还原雷达引导数据提供了技术支撑.     

基于JPEG2000实时压缩率控制的FPGA实现

提出一种JPEG2000高速实时图像压缩硬件实现的率控制方案。该方案采用多路T1编码器,在每个通道编码结束时计算所有编码块到该通道为止的累计压缩字节数,当目标比特率小于某个通道的累计字节数时,若该通道比最低通道高,则把该通道设置为最低通道,从而渐进升高最低编码通道,避免编码那些产生被丢弃码流的通道,提高了编码效率,节省了存储空间。经FPGA仿真验证,该实时压缩系统每秒能处理250帧512×512的灰度图像。     

一种复杂环境下的红外成像运动目标检测方法

针对传统运动目标检测方法不能应用在背景和目标都存在运动的应用场合的缺点,文章提出了一种复杂环境下的红外成像运动目标检测方法。该方法首先对相邻两帧运动图像利用三步搜索法和最多邻近点距离相关匹配准则进行背景匹配,然后对匹配后的图像进行帧间差分并对差分图像进行灰度形态学滤波以去除背景噪声点,最后利用阈值分割方法检测到运动目标的位置。利用实际拍摄的红外图像对该算法进行了实验并与传统帧间差分法进行了比较,结果表明利用该方法能很好地解决传统帧间差分法应用中的缺点。     

高速帧转移型面阵CCD器件的时序设计

介绍了512×512高速帧转移面阵CCD器件时序设计的方法。在分析器件结构和时序关系的’基础上,确定了时序设计的主要参数,并利用复杂可编程逻辑器件（CPLD）EPM7256AETC100—5实现了CCD器件工作所需的各种时序信号。通过时序仿真证明,设计方法正确可行,运行稳定。