基于布尔偏振编码逻辑代数(BPLA)的高效冗余二进制数算术运算的光学实现

在数字式光计算机的研究中，已用各种数制表示法对算术运算进行了广泛的探讨。与改进的符号数字表示法（MSD）用集合｛1，0，1｝中三个符号替代相比，冗金二进制数（RB）表示法仅用两个符号来代表，并且仅需两步不带进位的加法便可实现任何长度的两操作数的加法运算。冗余二进制数表示法适用于光计算机，使用冗余二进制数表示可以获得用符号替代来实现的高效运算单元。根据给出的算术加法符号值表，可以在固定时间内完成一系列并行加法运算，即加法运算时间与两操作数的长度N无关。从而也大大减少了两操作数的乘法运算时间，可以在LOG（N）（N为操作数长度，且N为偶数）时间内完成N位XN位的乘法运算。本文在分析冗余二进制数数表示，运算等的基础上，就二进制数到冗余二进制数数的转换，运算等提出用布尔偏振编码逻辑代数BPLA（BooleanPolarizationencodedLogicAlgebra）来实现，由BPLA构成的系统仅需两步运算即可实现两冗余二进制数的加法和减法运算，并即允余二进制数运算结果到二进制数的转换提出了光学实现方法。     

三旋光结构一步无进位加法器的设计

针对现阶段光学计算机研究中涉及的光学加法器硬件制备困难,输入有限定性等问题,基于MSD(Modified Signed-Digit)加法原理及对称MSD编码技术,设计并实现了一种全新的光学加法器-三旋光结构一步式无进位加法器。阐述了该加法器的主光路结构设计过程和方案,给出了三旋光器抽象结构,分析和设计了控制光路的光路结构,并给出了易于硬件制备的电路实现具体方案。该加法器制备简单,对输入没有限制,并且可以一步并行完成数以千位的加法。针对上述光路和电路实现方案进行了实验验证,完成了13位以内的二进制数的无进位加法运算。实验结果表明:本文所设计的一步式无进位加法器原理正确、方案合理,并具有众多数据位数并行运算的潜力。     

光学并行数字计算技术的研究

本文研究了用来实现光学并行数字运算的光电蝶互连网络。将这种光电蝶互连网络与光学全并行MSD(modified signed-digit)算法相结合可以使任意n位MSD数的加减运算都经三级光互连并行完成,乘除法运算也可在此基础上快速实现。     

基于布尔偏振编码逻辑代数(BPLA)的高效压缩冗余二进制数算术运算的光学实现

在数字式光计算机的研究中，已用各种数制对算术运算进行了广泛的探讨。与改进型的符号数字表示法（MSD）用集合｛1，0，1｝中三个符号替代相比，冗余二进制数（RB）表示法仅用两个符号来代表，并且仅需两步不带进位的加法便可实现任何长度的两操作数的加法运算。而压缩冗余二进制数（P＞＝2）的效率最高．事实上，当P＝2时，压缩冗余二进制数便演变为普通冗余二进制数．冗余二进制数及由此推广出的压缩冗余二进制数表示法均适合用光学系统实现，且两者具有类似的特性。特别地，压缩冗余二进制数比起冗余二进制数与改进的符号数字表示法有着更高的运算效率。利用压缩冗余二进制数。任何有效值的算术加法运算都可以在固定的时间内实现．自然地，压缩冗余二进制数表示法也适用于二进制补码系统。术文简要地分析了由冗余二进制数推广而来的压缩冗余二进制数表示法，并给出了其算术运算的布尔偏振编码逻辑代数表示及其实现结构．冗余二进制表示法对光计算很适合，但它比二进制数系统效率要低，这意味着对光计算机的硬件要求更高。而压缩冗余二进制数在具有允余二进制数特点的同时，比冗余二进制具有更高的效率──压缩冗余二进制数适用于二进制补码系统，并可建立起一种快速固有的并行算法。对于任意有效值?     

基于异或逻辑运算的光学单通道符号替换系统

符号替换SS（SymbolicSubstitution）是由AHuang于1983年提出的一种空间图形变换逻辑，形式简单、功能却很强。SS运算一般分为两步：即特定符号识别和新符号的替换。这里的识别是在一给定的二线编码图形中并行地找出所有的特征元图形，并在特征元图形的位置上给出标记，替换则是根据预先制订的规则将输入的二维编码图形用新的二维编码图形去替换。从上面的定义可以看出，SS实际上是以二维模式的相关识别和传递为基础，是一种并行算法，与布尔逻辑相比，它具有并行处理及并行扇人扇出的优点。它不仅能识别位的状态，而且能识别位的空间分布，且输入和输出均是多位的。棱镜和反射镜的组合SS系统，光学相关的SS，无透镜铸影相关SS系统，空间滤波SS，仅位相全息图，位相共轭SS，偏振编码SS。本文在详细地分析SS的基础上提出的基于布尔偏振编码逻辑代数BPLA（BooleanPolarization－encodedLosicAlsebra）的同否运算相关光学单通道SS替换系统。使用该系统的单个通道内即可实现SS替换。与以往系统相比，能充分利用光学系统的带宽积。且系统设计复杂性和成本均成倍下降。最后给出了实验结果。     

基于布尔偏振编码逻辑代数（BPLA）的高效冗余二进制数算术运算的光学实现

在数字式光计算机的研究中，已用各种数制表示法对算术运算进行了广泛的探讨，与改进的符号数字表示（ＭＳＤ）用集合（１，０，１）中三个符号替代相比，冗余二进制数（ＲＢ）表示法仅用两个符号来代表，并且仅需两步不带进位的加法便可实现任何长度的两操作数的加法运算。     

光电并行加/减运算器

本文研究提出了一种适合于并行MSD算法的空间位置编码,进而建立起了无进位的全加/全减运算器的三级蝶互连结构模型,并得到了实验的验证,从而实现了并行算法与光学并行实现结构的有机结合。     

基于DSP的科氏质量流量计信号处理系统

本文利用离散傅里叶变换（DFT）方法处理奥利质量流量传感器的信号，计算其频率和相位差，提出一种容易实现的、精度较高的频率跟踪方法，实现整周期采样，保证数字信号处理的精度。研制基于数字信号处理器（DSP）的实时信号处理系统，其硬件包括信号采集通道、DSP芯片、逻辑控制电路、液晶显示器（LCD）电路、键盘输出电路、温度检测电路和输出电路，其软件包括监控程序、中断服务模块、初始化模块、相位差测量模块、频率跟踪模块、键盘监控模块和显示模块等。仿真和实测结果表明，本文所研究的方法和研制的系统是可行的、有效的。     

基于FPGA的FFT处理器的设计与研究

本文提出了一种128点定点复数快速傅立叶变换（FFT）的可编程门阵列（FPGA）实现方案，FPGA采用Altera公司的Stratix系列的EPIS10。该方法采用按频率抽取的Kadix-2算法的7级流水线结构，每级将乘法器的旋转因子输入端固定为常数。采用VHDL语言进行了编程实现，在QuartusⅡ4．1平台下进行了逻辑综合和时序仿真，时序分析结果与Matlab计算结果相比较，验证了程序的正确性。实验表明利用FPGA实现FFT，运算速度快，可以满足高速信号处理的应用场合。     

基于FPGA的LDPC编码器设计与实现

设计了一种用于近地空间通信的CCSDS标准下编码速率为7/8的(8176,7154)低密度奇偶校验(Low density parity check,LDPC)编码器。基于LDPC编码理论,完成了基于现场可编辑逻辑门阵列(Field-programmable gate array,FPGA)的编码算法设计。利用LDPC生成矩阵的特点,引入循环移位寄存器作为编码电路核心,采用移位寄存器加累加器(Shift-register-adder-accumulator,SRAA)结构实现了矩阵乘法的快速运算,从而构建了以部分并行编码电路为核心的编码模块。此外,还设计了串口输入输出模块、随机存储模块和控制模块,共同组成了编码器系统。最后,利用FPGA完成硬件设计,并进行了仿真和实验验证。结果表明,所设计的LDPC编码器测试结果与理论结果具有一致性。因而该编码系统具有实用性,且设计方法简单、高效。     

Mallat算法的光学实现方法

现有的光学小波变换方法均基于连续小波变换,基于离散信号的小波变换算法（Mallat算法）的光学小波变换还没有出现,这阻碍了光学小波变换应用的发展。针对这一问题,分析利用光学4f系统实现Mallat算法的基本原理,提出Mallat算法的光学实现方法。针对空间光调制器只能实现非负的实函数,且CCD只能记录光的强度,给出一种应用于光学4f系统的光学小波滤波器的设计方法。使用该种光学小波滤波器,利用光学4f系统实现Mallat算法的小波分解部分,并通过数值计算实现Mallat算法的小波重构部分。仿真分析和光学实验结果验证了方法的正确性。     

基于FPGA的LDPC编码器设计与实现（英文）

设计了一种用于近地空间通信的CCSDS标准下编码速率为7/8的(8 176, 7 154)低密度奇偶校验(Low density parity check, LDPC)编码器。基于LDPC编码理论,完成了基于现场可编辑逻辑门阵列(Field-programmable gate array, FPGA)的编码算法设计。利用LDPC生成矩阵的特点,引入循环移位寄存器作为编码电路核心,采用移位寄存器加累加器(Shift-register-adder-accumulator, SRAA)结构实现了矩阵乘法的快速运算,从而构建了以部分并行编码电路为核心的编码模块。此外,还设计了串口输入输出模块、随机存储模块和控制模块,共同组成了编码器系统。最后,利用FPGA完成硬件设计,并进行了仿真和实验验证。结果表明,所设计的LDPC编码器测试结果与理论结果具有一致性。因而该编码系统具有实用性,且设计方法简单、高效。     

光折变晶体Cu:KNSBN的多重图像存贮实验研究

目前,光折变非线性元件在光学并行图像处理中有着非常广泛的应用。光折变晶体用于图像边缘增强,图像加、减运算,非相干—相干转换(PICOC),图像相关和卷积运算等研究已取得显著成果。本文研究了Cu;KNSBN晶体中多重图像的存贮问题,指出可以利用这种技术实现光学目标识别并给出了一些初步实验结果。此外,还从理论上分析了具有相同衍射效率的多重全息信息记录技术。     

希尔伯特变换光学技术在精密定位中的应用

运用希尔伯特变换方法，描述了正交相位跃变栅光栅光学特性，以及由它经圆孔或十字光缝所获得傅里叶变换的希尔伯特变换图象的光学特性。在圆孔情况下，获得8个一级衍射图，其中4个图象中存在在一条锐细的十字形暗线，另4个图象中各存在一条锐细的暗线。在十字光透的情况下，在（0，0）级处出现十字形暗线，有4个图象的中间各出现一条暗线。这些暗线可应用于准立及定位。本文利用中央十字形暗线用于精密定位及准立实验，其定位精度优于10－6。     

基于CPLD的Modbus远程I/O模块设计

文章介绍了一种Modbus协议远程I／O模块的设计与实现,该模块的特点是以OPLD（Oomplex Programmable Logic Devlce）为核心,利用VHDL语言编写Modbus从站协议。Modbus协议的实现采用了硬件并行计算ORO（Cyclical Redundancy Oheck）方法,并通过将UART功能嵌入到OPLD内部来完成串、并行数据转换及串行数据的输入与输出。     

串并转换思想与绝对式时栅传感器的频响特性研究

在分析绝对式时栅位移传感器频响特性的基础上，介绍了一种在数字信号处理电路中的数据串并转换思想，并提出了一种基于串并转换思想的绝对式时栅信号处理电路设计方案。信号处理电路采用了复杂可编程逻辑器件（CPLD）芯片，预处理电路将测头信号进行模数转换后，经可编程多路切换器模块处理，自适应地将原始测头信号分别转换为对应的多路并行信号，各路对应的分频信号通过比相电路及传感器信号处理电路模块运算后转换为绝对位移脉冲测量信号，最后将多路绝对位移脉冲测量信号进行并串转换操作输出测量值。对信号处理电路进行了仿真，结果证明，该方法可大大提高时栅位移传感器的频响特性，从而为绝对式时栅位移传感器提供了一种应用于动态测控系统的解决方法。     

基于SLCS500的挖掘机控制系统

PLC是“可编程逻辑控制器”,是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器,由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成PLC、采用一种可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型。本文阐述了将挖掘机控制系统从继电控制改为PLC控制,从硬件选型、软件流程到故障指示回路（触摸屏）、设计并使用。     

聚合物分散液晶材料可调光衰减器的设计与制作

本文介绍了基于聚合物分散液晶材料及全息电控光栅元件的形成机理。提出了基于全息PDLC技术的可调光衰减器的设计，利用H-PDLC光栅制作了衰减器实验样品。H-PDLC光衰减器样品在1550nm的光通信波段测试结果表明，在输入光源为1550nm、223μW情况下，光衰减器的插入损耗为2．3dB，衰减调节范围为12dB。     

基于TMS320F2812的人机界面设计

分析TMS320F2812的特点，介绍该高速DSP芯片与慢速液晶显示模块（AT-320240Q6）连接的硬件设计方法，介绍了具有强大功能的SED1335液晶控制器，实现基于TMS320F2812的液晶图形显示，并在此基础上实现简单易行的人机界面设计。     

用低分辨率CCD进行高精度边缘检测的一种新方法——模糊成象法

本文从信息获取的角度出发，提出了一种用低分辨率ＣＣＤ进行高精度边缘检测的新方法，可从根本上突破象元间隙给尺寸测量精度带来的限制，其实质是用光学方法对输入图象进行某种变换（波形展宽），变换的结果使ＣＣＤ探测到更丰富的边缘信息，再用数学方法对其进行反变换（拟合），以恢复被测物体的精确边缘位置信息。