岳成海，佟新鑫，李英杰，劉 松，周 勇

(1. 中國(guó)科學(xué)院光電信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·沈陽(yáng)·110016;2.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所· 沈陽(yáng)·110016;3.中國(guó)科學(xué)院機(jī)器人與智能制造創(chuàng)新研究院· 沈陽(yáng)·110169)

0 引 言

合作信標(biāo)識(shí)別與定位是飛行器測(cè)控應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，如火箭彈遙測(cè)制導(dǎo)、無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程跟蹤等。傳統(tǒng)合作信標(biāo)一般為常亮模式,如燃燒發(fā)光體、熱輻射源、氙氣燈，不具備信息調(diào)制能力。文獻(xiàn)[1]對(duì)美制陶式反坦克導(dǎo)彈的技術(shù)路線進(jìn)行了詳細(xì)的描述，彈上信標(biāo)從最初的熱源信標(biāo)到氙燈/熱輻射復(fù)合信標(biāo)的迭代，抗干擾能力不斷提高。黃靜等[2]對(duì)點(diǎn)源目標(biāo)的紅外成像作用距離進(jìn)行了系統(tǒng)論述。由于采用的信標(biāo)不具備編碼調(diào)制功能，信標(biāo)特性簡(jiǎn)單，處理方法單一，無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境或存在主動(dòng)干擾源的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，受燃料或電能限制，遠(yuǎn)距離工作條件下難以實(shí)現(xiàn)較高光能輸出，光能衰減后，也難以實(shí)現(xiàn)信標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別。

本文針對(duì)傳統(tǒng)信標(biāo)光源的不足，將半導(dǎo)體激光光源作為合作信標(biāo)光源，充分利用半導(dǎo)體激光光源輸出功率高、開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度快等特性，對(duì)驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路進(jìn)行研究[3-5]。在調(diào)制方式上，引入多種調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)特定信息到光信號(hào)的編碼轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境；在信號(hào)接收上，采用面陣CMOS圖像傳感器作為信號(hào)接收組件，并在成像前端配置光譜選通組件；信息解調(diào)時(shí)，設(shè)計(jì)與信標(biāo)調(diào)制端耦合的解調(diào)算法，實(shí)現(xiàn)合作信標(biāo)在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下的準(zhǔn)確識(shí)別與定位，提高環(huán)境適應(yīng)性與抗干擾能力。

1 驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路及調(diào)制算法設(shè)計(jì)

1.1 驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路設(shè)計(jì)

根據(jù)點(diǎn)源目標(biāo)的作用距離分析[2]可知，為保證遠(yuǎn)距離(≥3km)復(fù)雜背景下合作信標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)的信標(biāo)光源輸出光功率應(yīng)不小于30W，選用半導(dǎo)體激光光源(Laser Diode，LD)作為信標(biāo)光源，可滿足輸出功率需求與調(diào)制需求。設(shè)計(jì)具有光源輸出功率穩(wěn)定控制與調(diào)制功能的電路系統(tǒng)[3-5]。

對(duì)于線性度好的半導(dǎo)體激光器，輸出功率為注入電流的線性關(guān)系，如式(1)，其中η為功率轉(zhuǎn)換系數(shù)(與激光器本身參數(shù)有關(guān)：如諧振腔尺寸等，在一定溫度下，近似為常數(shù)，可查閱半導(dǎo)體激光器制造商的數(shù)據(jù)手冊(cè)得到，一般為0.5～0.8)，I為輸入電流，Ith為閾值電流。

P=η(I-Ith)

(1)

圖1所示為半導(dǎo)體激光器的輸出光功率隨加載在半導(dǎo)體激光器上的電流的變化關(guān)系，當(dāng)加載電流小于閾值電流時(shí)，激光器工作于自發(fā)發(fā)射，輸出熒光，輸出光功率很??；當(dāng)加載電流大于閾值電流時(shí)，激光器工作于受激發(fā)射，輸出激光，輸出光功率隨加載電流增加，近似呈線性關(guān)系。由圖1可知，半導(dǎo)體激光器的閾值電流隨溫度升高而成倍增大；發(fā)光效率隨溫度升高而降低，主要由內(nèi)部熱損耗與量子效率降低導(dǎo)致。

圖1 半導(dǎo)體激光器L/I曲線Fig.1 L/I curve of semiconductor laser

為保證激光器光功率穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)電路一般包含恒流驅(qū)動(dòng)與恒功率驅(qū)動(dòng)兩種方式。恒流驅(qū)動(dòng)電路一般包含調(diào)制輸出電路、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路與反饋電路，反饋電路實(shí)時(shí)采集流過(guò)LD的電流值，調(diào)制輸出電路與基準(zhǔn)電壓比對(duì)，調(diào)整輸出給電壓/電流轉(zhuǎn)換電路的電壓值，達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，實(shí)質(zhì)為負(fù)反饋控制方式。恒功率驅(qū)動(dòng)電路由電流源與光電探測(cè)器組成，以光電探測(cè)器采集輸出光功率作為反饋，控制輸入的驅(qū)動(dòng)電流大小，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。本文采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，并增加溫度監(jiān)測(cè)與控制電路來(lái)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路。

在評(píng)估分立元件與集成芯片的優(yōu)缺點(diǎn)后，選用MAX20078芯片作為半導(dǎo)體激光器的恒流控制器芯片設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，系統(tǒng)組成如圖2所示。其中CP為主處理器，選用CPLD，完成所有功能模塊的配置與控制；RF為無(wú)線通信模塊，由NRF24L01芯片實(shí)現(xiàn)，通信距離可達(dá)3km，實(shí)現(xiàn)信標(biāo)的遠(yuǎn)程控制功能，通過(guò)SPI接口與CP互聯(lián)；AD模塊由TI高精度12位AD芯片ADC128S實(shí)現(xiàn)，采樣率達(dá)1MSPS，用于采樣驅(qū)動(dòng)芯片的IOUTV端口電壓，從而測(cè)量驅(qū)動(dòng)控制器的輸出電流，通過(guò)SPI接口與CP互聯(lián)；DA模塊由TI高精度12位DA芯片DAC128S實(shí)現(xiàn)，用于控制MAX20078的REFI端口，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模式配置，通過(guò)SPI接口與CP互聯(lián)；VC模塊為驅(qū)動(dòng)輸出端電壓、電流、功耗監(jiān)測(cè)模塊，由TI精密電源管理芯片INA260實(shí)現(xiàn)，此芯片為16位電流/電壓/功率監(jiān)控器，通過(guò)I2C接口與CP互聯(lián)；UC為MAX20078示意框圖，DIM為輸出狀態(tài)控制端口，F(xiàn)LT為工作狀態(tài)指示端口，兩個(gè)端口直接連接CP的GPIO口；TE為溫度監(jiān)測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器溫度監(jiān)測(cè)，通過(guò)SPI接口與CP互聯(lián)。

圖2 調(diào)制與驅(qū)動(dòng)電路框圖Fig.2 Block diagram of modulation and drive circuit

1.2 調(diào)制方法設(shè)計(jì)

復(fù)雜背景或特殊應(yīng)用場(chǎng)景下，干擾源各式各樣，不僅包含自然光干擾源，還存在主動(dòng)干擾源，例如主動(dòng)對(duì)抗干擾，這對(duì)合作信標(biāo)的有效鑒別提出了很大的挑戰(zhàn)。信標(biāo)調(diào)制的目的是實(shí)現(xiàn)信標(biāo)的抗干擾性能，包含功率調(diào)制、開(kāi)關(guān)調(diào)制、編碼調(diào)制。

為配合圖像傳感器成像解調(diào)方式，首先由解調(diào)端通過(guò)無(wú)線通信接口發(fā)送控制指令，配置調(diào)制信號(hào)頻率、信號(hào)極性關(guān)系、調(diào)制方式。其中調(diào)制信號(hào)頻率等價(jià)于開(kāi)關(guān)頻率；極性關(guān)系指開(kāi)/關(guān)與1/0的映射關(guān)系；調(diào)制方式包含功率調(diào)制、開(kāi)關(guān)調(diào)制、直接頻率調(diào)制、頻率編碼調(diào)制、信息編碼調(diào)制，其中信息編碼方式包含奇偶校驗(yàn)碼、漢明校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼等。

為兼容信標(biāo)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)的成像解調(diào)端圖像處理能力為200Hz，信標(biāo)輸出的調(diào)制頻率范圍為1～200Hz。

(1)功率調(diào)制

為實(shí)現(xiàn)恒定出光功率，CP處理器實(shí)時(shí)采集半導(dǎo)體激光器的溫度與驅(qū)動(dòng)芯片的輸出電流，首先根據(jù)L/I曲線得到閾值電流，結(jié)合式(1)，調(diào)整驅(qū)動(dòng)芯片UC的REFI端口的電壓值或DIM端口的PWM信號(hào)占空比，實(shí)現(xiàn)所需電流輸出，等價(jià)于一個(gè)反饋環(huán)路，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)應(yīng)保證輸出的電壓電流不超過(guò)半導(dǎo)體激光器的工作閾值。

(2)開(kāi)關(guān)調(diào)制

光源的開(kāi)關(guān)控制通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)控制芯片的DIM接口實(shí)現(xiàn)，首先將REFI端口配置為1.2V以上，此時(shí)驅(qū)動(dòng)控制芯片的輸出由DIM端口控制，當(dāng)DIM為低電平時(shí)，輸出關(guān)斷；當(dāng)DIM為高時(shí)，輸出開(kāi)啟。開(kāi)關(guān)調(diào)制需要與解調(diào)端進(jìn)行同步化(同步設(shè)計(jì)參考下文)，只需要在解調(diào)窗口內(nèi)開(kāi)啟，其他時(shí)間窗口關(guān)斷，這樣的工作方式有利于系統(tǒng)功耗控制，可有效降低半導(dǎo)體激光器的溫升，提高激光器的穩(wěn)定性。如圖3所示，開(kāi)關(guān)輸出模式下，L/I曲線更穩(wěn)定。

圖3 不同輸出模式的L/I曲線Fig.3 L/I curve for different output modes

(3)直接頻率調(diào)制

由成像解調(diào)端通過(guò)無(wú)線通信接口發(fā)送控制指令，配置調(diào)制頻率，CP控制器根據(jù)頻率調(diào)整驅(qū)動(dòng)控制器DIM端口的開(kāi)關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)輸出光信號(hào)的頻率變化。

(4)頻率編碼調(diào)制

首先由解調(diào)端通過(guò)無(wú)線通信接口配置所需調(diào)制頻率，頻率編碼的定義示例如圖4所示，包含常亮段、常暗段和頻率編碼段。設(shè)信標(biāo)輸出的開(kāi)關(guān)頻率為200Hz，常亮為1，常暗為0，解調(diào)指令配置頻率為200Hz，則對(duì)應(yīng)的頻率編碼段[0∶7]為10101010，完整編碼數(shù)據(jù)為10-1010-10-1010；解調(diào)指令配置頻率為100Hz，則對(duì)應(yīng)的頻率編碼段[0∶7]為11001100，完整編碼數(shù)據(jù)為10-1100-10-1100；解調(diào)指令配置頻率為50Hz，則對(duì)應(yīng)的頻率編碼段[0∶7]為11110000，完整編碼數(shù)據(jù)為10-1111-10-0000。

圖4 頻率編碼格式Fig.4 Frequency encoding format

(5)信息編碼調(diào)制

首先由解調(diào)端通過(guò)無(wú)線通信接口配置信息編碼方式與信息，這里對(duì)奇偶校驗(yàn)碼和漢明校驗(yàn)碼兩種編碼方式進(jìn)行編碼分析。

①奇偶校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼可以檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)數(shù)的位出錯(cuò)，通過(guò)在要校驗(yàn)的編碼上加一位校驗(yàn)位組成，解碼端發(fā)送的信息為3bit的110，則編碼信息由4bit構(gòu)成，信息段為3bit，校驗(yàn)段為1bit，如圖5所示。在奇校驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，編碼后為1101，對(duì)應(yīng)的完整編碼數(shù)據(jù)為10-1101；在奇校驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，編碼后為1100，對(duì)應(yīng)的完整編碼數(shù)據(jù)為10-1100。

圖5 奇偶校驗(yàn)碼編碼格式Fig.5 Parity check code encoding format

②漢明校驗(yàn)碼

漢明碼不僅具有糾錯(cuò)功能，還能根據(jù)驗(yàn)算過(guò)程判斷出發(fā)生錯(cuò)誤的位置。例如解碼端發(fā)送的信息為4bit的0110，根據(jù)漢明校驗(yàn)碼的編碼規(guī)則，需要的校驗(yàn)位數(shù)為3，總長(zhǎng)度為7，如圖6所示，0、1、2、3為信息位，4、5、6為校驗(yàn)位，編碼信息段值為0110-011。特別注意，由于信息段較長(zhǎng)，實(shí)際傳輸時(shí)將其拆分為兩段，因此最終的信標(biāo)編碼為10-0110-10-011。

圖6 漢明碼編碼格式Fig.6 Hamming encoding format

漢明碼糾錯(cuò)過(guò)程：假如漢明碼的第7位(對(duì)應(yīng)圖6中的0位)出錯(cuò)，解碼接到數(shù)據(jù)為1110011，首先根據(jù)漢明碼編碼方式得到校驗(yàn)字段為100，接收的校驗(yàn)字段為011，每個(gè)位置都對(duì)不上，因此出錯(cuò)的位數(shù)為7，正確的信息為0110。

2 解調(diào)及識(shí)別定位算法設(shè)計(jì)

合作信標(biāo)將信息轉(zhuǎn)化為特定格式的光信號(hào)后，以合適的功率向外輻射，信號(hào)接收選用成像接收模式[6-11]，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)合作信標(biāo)的定位與識(shí)別。成像接收模式下，采用CMOS圖像傳感器采集合作信標(biāo)所在區(qū)域的圖像，當(dāng)信標(biāo)光源開(kāi)啟時(shí)，成像為具有一定亮度的亮斑；當(dāng)信標(biāo)關(guān)閉時(shí)，成像為背景，如圖7所示。

圖7 開(kāi)啟與關(guān)閉測(cè)試Fig.7 Opening and closing test

2.1 成像解調(diào)與編碼同步

成像與信標(biāo)開(kāi)關(guān)時(shí)序如圖8所示，例如信標(biāo)開(kāi)啟(on)時(shí)間為5ms，關(guān)斷(off)時(shí)間為5ms，開(kāi)啟上升時(shí)間為t1，關(guān)斷下降時(shí)間為t2，A、B點(diǎn)分別為圖像傳感器的曝光開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，系統(tǒng)同步的目的是保證信號(hào)采集窗口te位于on、off的穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)。t1與t2由驅(qū)動(dòng)電路與半導(dǎo)體激光器的特性決定，一般為幾十ns，對(duì)幾百μs到幾ms的曝光時(shí)間而言，影響很小，可不做考慮。

圖8 成像與信標(biāo)編碼時(shí)序圖Fig.8 Timing of imaging and beacon coding

工作過(guò)程中，合作信標(biāo)與成像解調(diào)為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，根據(jù)使用場(chǎng)景的不同，設(shè)計(jì)了三種同步方式。

(1)硬同步

使用中，兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)IO線進(jìn)行連接，分為主從機(jī)，由主機(jī)發(fā)送計(jì)時(shí)零點(diǎn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的同步，同步完成后即可斷開(kāi)IO線。

(2)無(wú)線通信指令同步

前文所述的調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路包含無(wú)線通信模塊。無(wú)線通信模塊包含編碼調(diào)制延遲與信道延遲，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量得到發(fā)送延遲tx(發(fā)送端開(kāi)始發(fā)送到接收端完成接收經(jīng)過(guò)的時(shí)間)與接收延時(shí)rx(接收端發(fā)送響應(yīng)開(kāi)始到發(fā)送端接收完成經(jīng)過(guò)的時(shí)間)。

發(fā)送與接收延遲的測(cè)量值存在一定的誤差，只能保證一段時(shí)間內(nèi)的同步具有可靠性，需要每隔一定時(shí)間進(jìn)行一次同步處理，以保證調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定同步。

(3)成像解調(diào)自適應(yīng)同步

在不進(jìn)行系統(tǒng)同步的情況下，除圖9所示的理想成像時(shí)序關(guān)系外，還包含圖10所示的成像時(shí)序關(guān)系：成像窗口不在on、off的穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)。

圖9 發(fā)送延遲和接收延遲Fig.9 Delay of sending and receiving

圖10 成像時(shí)序關(guān)系Fig.10 Timing of imaging

系統(tǒng)開(kāi)始工作后，編碼調(diào)制端以200Hz的頻率輸出調(diào)制光信號(hào)，成像解調(diào)處理組件首先采集圖像進(jìn)行處理，定位候選信標(biāo)位置，然后以一定的步長(zhǎng)調(diào)制曝光時(shí)間點(diǎn)A，當(dāng)連續(xù)兩幀圖像都呈現(xiàn)出亮暗的規(guī)律時(shí)，同步完成，否則重新選擇候選信標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行處理。

2.2 信標(biāo)定位與識(shí)別算法

信標(biāo)定位與識(shí)別算法包含三部分：信標(biāo)定位、成像解調(diào)同步和信標(biāo)調(diào)制識(shí)別。

(1)信標(biāo)定位

解調(diào)端配置好曝光時(shí)間等成像參數(shù)后，發(fā)送關(guān)閉信標(biāo)指令，采集圖像，解調(diào)端發(fā)送開(kāi)啟信標(biāo)指令，采集圖像；對(duì)上述兩幀圖像進(jìn)行處理，如果某個(gè)區(qū)域發(fā)生亮斑的閃爍，可標(biāo)記為候選區(qū)域，執(zhí)行一次亮暗交替后，提取候選區(qū)可能有多個(gè)，可重復(fù)3次這個(gè)過(guò)程，初步進(jìn)行篩選。信標(biāo)定位流程如圖11所示。

圖11 信標(biāo)定位流程圖Fig.11 Process of beacon positioning

閃爍亮斑提取方法可采用直接閾值分割法和差后閾值分割法，閃爍亮斑的判別條件包含閃爍、大小、亮度、外形等特征。

直接閾值分割法的處理流程為：首先對(duì)信標(biāo)開(kāi)啟時(shí)采集的圖像進(jìn)行閾值分割，得到多個(gè)目標(biāo)區(qū)域并記錄，然后采集信標(biāo)關(guān)閉時(shí)的圖像，在上一步的記錄位置上進(jìn)行閾值分割，如果沒(méi)有分割目標(biāo)則標(biāo)記該區(qū)域?yàn)楹蜻x目標(biāo)點(diǎn)。該方法適用于背景干擾較少的情況。

差后閾值分割法采用先做幀間差分后分割的處理方式，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。設(shè)信標(biāo)開(kāi)啟時(shí)采集的圖像為fk，信標(biāo)關(guān)閉時(shí)采集的圖像為fk+1，T為閾值，x、y定義為像素坐標(biāo)。

(2)

若信標(biāo)開(kāi)啟后的圖像與信標(biāo)關(guān)閉后的圖像差大于等于閾值T則標(biāo)記為1，否則標(biāo)記為0，最終得到二值圖像，對(duì)二值圖像進(jìn)行區(qū)域分割得到候選目標(biāo)區(qū)域。閾值分割測(cè)試如圖12所示，圖12(a)為有背景干擾情況下，信標(biāo)開(kāi)啟時(shí)的成像圖，圖12(b)為信標(biāo)關(guān)閉狀態(tài)下的成像圖，圖12(c)為差后閾值分割結(jié)果圖，可見(jiàn)該方法可有效去除背景干擾，準(zhǔn)確提取信標(biāo)區(qū)域。

(2)成像解調(diào)同步

信標(biāo)定位完成后，進(jìn)入成像解調(diào)同步流程，參考前文所述的同步方式，如果是硬同步或無(wú)線通信指令同步，可直接進(jìn)入信標(biāo)精確識(shí)別流程；如果是成像解調(diào)自適應(yīng)同步，則需按流程進(jìn)行成像端的成像時(shí)間基準(zhǔn)調(diào)整。成像解調(diào)自適應(yīng)同步處理流程如圖13所示。首先配置好信標(biāo)的光功率與開(kāi)關(guān)頻率，配置成像傳感器的成像頻率與開(kāi)關(guān)頻率相同，曝光時(shí)間小于2.5ms，并隨機(jī)配置一個(gè)成像時(shí)間點(diǎn)。連續(xù)采集兩張圖像，在信標(biāo)區(qū)域進(jìn)行處理，參照?qǐng)D10，移動(dòng)曝光時(shí)間點(diǎn)，第一次出現(xiàn)亮暗交替時(shí)記錄時(shí)間點(diǎn)tm0，然后繼續(xù)移動(dòng)曝光時(shí)間點(diǎn)(約束最大移動(dòng)時(shí)間為5ms)，當(dāng)出現(xiàn)暗亮交替時(shí)記錄時(shí)間點(diǎn)tm1，此時(shí)的tm1即為同步時(shí)間點(diǎn)。

(a)有干擾

(b)信標(biāo)關(guān)閉

(c)分割結(jié)果

圖13 自適應(yīng)同步處理流程Fig.13 Process of adaptive synchronization

(3)信標(biāo)調(diào)制識(shí)別

在完成上述信標(biāo)定位與同步后，還需要進(jìn)行最終的信標(biāo)調(diào)制識(shí)別，以更加準(zhǔn)確地提取信標(biāo)。處理流程為：解調(diào)端發(fā)送調(diào)制命令，信標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)，如果正確解調(diào)到所需的調(diào)制信號(hào)，則上文定位的信標(biāo)是正確可靠的。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析

3.1 調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路測(cè)試

驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)時(shí)間測(cè)量結(jié)果如圖14所示，上升時(shí)間小于50μs，下降時(shí)間小于50μs，滿足調(diào)制所需頻率要求。

圖14 驅(qū)動(dòng)電路上升時(shí)間與下降時(shí)間Fig.14 Rising time and falling time of driving circuit

如圖15所示調(diào)頻輸出測(cè)量結(jié)果，調(diào)制頻率分別設(shè)定為200Hz、100Hz和50Hz，輸出信號(hào)變化與設(shè)定頻率一致。

圖15 調(diào)頻輸出結(jié)果Fig.15 Frequency output

3.2 工作距離測(cè)試

圖16(a)、(b)、(c)分別為1km、2km、3km距離下，圖像傳感器采集到的圖像，傳感器曝光時(shí)間為200μs，激光光源輸出功率為30W，信標(biāo)成像清晰穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的光源滿足工作距離要求。

(a)1km測(cè)試

(b)2km測(cè)試

(c)3km測(cè)試

3.3 解調(diào)識(shí)別測(cè)試

圖17所示為200Hz頻率編碼測(cè)試，編碼為10～1010，解調(diào)同步后的成像端順序采集6幅圖像，信標(biāo)區(qū)依次成像亮、暗、亮、暗、亮、暗，即10～1010，與編碼碼字一致。干擾目標(biāo)解碼后為11～1111，可有效去除。

圖18所示為偶校驗(yàn)編碼測(cè)試，原始信息數(shù)據(jù)為110，根據(jù)編碼規(guī)則，碼字為10～1100，解調(diào)同步后的成像端順序采集6幅圖像，信標(biāo)區(qū)依次成像亮、暗、亮、亮、暗、暗，即10～1100，與編碼碼字一致。干擾目標(biāo)解碼后為11～1111，可有效去除。

圖17 頻率編碼測(cè)試Fig.17 Frequency code test

圖18 偶校驗(yàn)碼測(cè)試Fig.18 Parity check code test

4 結(jié) 論

本文對(duì)傳統(tǒng)信標(biāo)光源存在的不足進(jìn)行了探討，引入半導(dǎo)體激光器作為信標(biāo)光源，對(duì)激光光源的特性進(jìn)行研究后，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路，并驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路的性能；設(shè)計(jì)了調(diào)制解調(diào)耦合算法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)完成了調(diào)制與解調(diào)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，在存在干擾源的情況下，實(shí)現(xiàn)了合作信標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別。以上研究與實(shí)驗(yàn)表明，文中所述激光信標(biāo)能夠滿足應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)算法可極大地提高目標(biāo)的識(shí)別準(zhǔn)確性與抗干擾能力。