光通信系統(tǒng)中信道模型與FEC碼型構(gòu)造的分析

1、光通信系統(tǒng)中信道模型與FEC碼型構(gòu)造的分析半導(dǎo)體光電2OO8年8月第29卷第4期袁建國等:光通信系統(tǒng)中信道模型與FEC碼型構(gòu)造的分析光通信系統(tǒng)中信道模型與FEC碼型構(gòu)造的分析袁建國,毛幼菊,葉文偉(重慶郵電大學(xué)光纖通信技術(shù)重點實驗室,重慶400065)摘要:對光通信系統(tǒng)中光發(fā)射機產(chǎn)生的噪聲,光纖中的噪聲,放大器的放大的自發(fā)輻射(ASE)噪聲和光接收機噪聲等噪聲進行了分析與探討.用中心極限定理將其中一些噪聲綜合化歸成高斯噪聲,再利用隨機過程知識將光通信系統(tǒng)信道中的噪聲z間-z-化為高斯噪聲,從而建立了光通信系統(tǒng)的信道模型,即加性高斯白噪聲信道模型,基于此信道模型對光通信系統(tǒng)中誤碼率進行了理論分析

2、.并基于這些分析以及對光通信系統(tǒng)中前向糾錯(FEC)碼型的分析,提出了光通信系統(tǒng)中FEC碼型的主要構(gòu)造方法.關(guān)鍵詞:噪聲;信道模型;FEC碼型;光通信系統(tǒng)中圖分類號:TN929.1l文獻標(biāo)識碼:A文章編號:10015868(2008)04057105AnalysisonChannelModelandConstructionofFECCodeTypeforOpticalCommunicationSystemsYUANJianguo,MAOYou-ju,YEWen-wei(KeyLab.ofOpticFiberCommunicationsTechno1.,ChongqingUniversityof

3、Posts&Telecomm.,Chongqing400065,CHN)Abstract:Theexistingnoises,suchasthenoisetoarisingfromtheopticaltransmitter,thenoiseintheopticalfiber,theAmplifiedSpontaneousEmission(ASE)noiseintheopticalamplifierandthenoisecomingfromtheopticalreceiver,inopticalcommunicationsystemswereanalyzedandprobed.S

4、omenoisesinopticalcommunicationsystemscanbesynthesizedandnormalizedintoGaussnoisebymeansofthecentrallimittheorem,andthenthenoiseinthechannelforopticalcommunicationsystemsarereducedastheGaussnoisebymeansofapplyingtheknowledgeofthestochasticprocess,thus,thechannelmodel(viz.additivewhitegaussiannoisech

5、annelmode1)iSestablished,basedonthischannelmodel,theBitErrOrRate(BER)foropticalcommunicationsystemswastheoreticallyanalyzed.ThisanalysisshowsthatthedecreaseofthesignalnoiseratiointheopticalchannelscanresultintheworseBER,thisproblemcanbeimprovedandsolvedbymeansofapplyingtheForwardErrorCorrection(FEC)

6、technologyinopticalcommunicationsystems.Furthermore,basedontheseanalysesaboveaswellastheanalysisoftheFECcodetypeforopticalcommunicationsystems,themainconstructionmethodsoftheFECcodetypeforopticalcommunicationsystemswereanalyzedandproposed.Keywords:noise;channelmodel;FECcodetype;opticalcommunications

7、ystems1引言在光通信系統(tǒng)中,衡量系統(tǒng)傳輸質(zhì)量好壞的一個非常重要的技術(shù)指標(biāo)就是系統(tǒng)誤碼率.前向糾錯收稿日期:20071217.基金項目:國家”863”計劃項目(2005AA123730);重慶郵電大學(xué)博士啟動基金項目(A2007-47).(FEC)技術(shù)就是一種能夠改善系統(tǒng)誤碼率的非常實用的技術(shù).這是因為把FEC技術(shù)應(yīng)用到光通信系統(tǒng)中能提高光通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量和改善通信的可靠性口.然而,要研究光通信系統(tǒng)中的FEC技術(shù),就必須首先分析造成誤碼的噪聲.只有分析清楚了光通信系統(tǒng)中噪聲的來源,分布及模型,才能建立合適的光通信系統(tǒng)信道模型,然后才能有針對性地構(gòu)?571?SEMlC0NDUCTOROPT

8、OELECTRONICSV01.29No.4Aug.2008造合適的FEC碼型來解決誤碼的問題.2光通信系統(tǒng)中的噪聲分析光通信系統(tǒng)主要包括發(fā)射機,光纖,光放大中繼設(shè)備以及接收機,如圖1所示.探討光通信系統(tǒng)中的噪聲應(yīng)該主要從它的實際構(gòu)成來分別加以討論.逐藩囊)EiO光放大器光放大器圖1光通信系統(tǒng)的組成示意圖2.1發(fā)射機產(chǎn)生的噪聲發(fā)射機產(chǎn)生的噪聲主要來源于激光器的量子噪聲,它是激光器的本征噪聲,是不可避免的l_2.一般把激光器的輸出散粒噪聲功率等效為輸出光強的方差.通過選擇合適的激光器,這些噪聲可以得到很好的控制.2.2光纖中的噪聲光纖具有三種基本特性:衰減(即損耗),群速度色散以及偏振模色散,此

9、外,光纖在一定條件下還存在非線性效應(yīng).其中衰減是光纖的本征特性,隨著傳輸距離的增加,它的影響將使光信號的功率下降.但是由于光放大器的出現(xiàn),傳輸衰減帶來的影響已能完全克服,下面重點分析后三者.2.2.1群速度色散(GVD)和偏振模色散(PMD)群速度色散用來描述不同波長的光在光纖中以不同速度傳播的現(xiàn)象.對于群速度色散較高的波長,光脈沖會在某時刻變寬并造成傳輸?shù)男盘栭g相互干擾,這將造成通信系統(tǒng)比較大的誤碼率.在單模光纖中傳輸?shù)墓獠ň哂袃蓚€相互正交的基模.在非對稱的均勻光纖中有兩個主要模式,并且這兩種傳輸模式存在傳輸速度的差異.在高速光纖通信系統(tǒng)中,這兩種模式從發(fā)射端經(jīng)過一段傳輸距離后就產(chǎn)生了差分群

10、時延,從而形成PMD,因而要加以控制.在光纖通信系統(tǒng)中偏振模色散(PMD)是一類誤碼源.在長途光纖通信系統(tǒng)中,通過在相距適當(dāng)?shù)拈g隔插人色散補償模塊,使色散可以得到較好的控制.2.2.2光纖的非線性光放大器產(chǎn)生的高功率電平會造成信號與光纖相互作用產(chǎn)生多種非線性效應(yīng).光纖的非線性效應(yīng)可以分為兩大類:受激散射和折射率波動.(1)受激散射:在光強度調(diào)制系統(tǒng)中,當(dāng)光信號與聲波或光纖材料中振動的分子相互作用時,這種相互作用會散射光并把能量向更長的波長轉(zhuǎn)移.非線性受激散射可分為布里淵和拉曼散射兩種形式.受激布里淵散射(SBS):在光纖中光波與聲波相互作用產(chǎn)生受激布里淵散射.一些向前傳輸?shù)墓獗桓淖兎较蛳蚝髠鞑?/p>

11、,從而減小了向前傳輸光的光功率并限制了到達光檢測器的信號光功率.在所有非線性效應(yīng)中,受激布里淵散射的門限最低.典型的,受激布里淵散射的門限在幾毫瓦數(shù)量級,并且與信道數(shù)目無關(guān).由于受激布里淵散射的門限隨著信號源的線寬增加而增加,一個簡單可行的提高門限的方法是采用低頻,正弦小信號對激光器進行調(diào)制.受激拉曼散射(SRS):光纖中的光信號與光纖的材料分子相互作用產(chǎn)生受激拉曼散射.雖然受激拉曼散射會產(chǎn)生前后兩個方向的散射光,但采用光隔離器件可以濾除后向傳輸?shù)墓?受激拉曼散射的門限取決于光纖的特性,傳輸信道的數(shù)目,信道間隔,每個信道的平均光功率以及非再生段的距離.單信道系統(tǒng)受激拉曼散射的門限約為1w,明顯

12、高于受激布里淵散射的門限.對于受激布里淵散射的門限能夠通過增加信號源的線寬來提高,而對于受激拉曼散射的門限卻不能采用相類似的方法來改變.受激拉曼散射很有可能是最終限制未來光纖通信容量的瓶頸.然而,就目前而言受激拉曼散射的門限較高,對光通信系統(tǒng)影響不是特別大.(2)折射率波動:采用光放大器后光纖中的光功率變高,光纖的折射率受到傳輸信號光強度的調(diào)制而發(fā)生變化.非線性折射率波動效應(yīng)可分為三大類:自相位調(diào)制(SPM,),交叉相位調(diào)制(XPM)和四波混頻(FWM).光信號脈沖對信號自身相位的作用稱為自相位調(diào)制.光脈沖信號的邊緣使得強度隨時間變化,從而產(chǎn)生了隨時間變化的折射率.隨時間變化的折射率對傳輸信號

13、波長的相位進行了調(diào)制,同時展寬了光脈沖的頻譜.在DWDM系統(tǒng)中,如果自相位調(diào)制現(xiàn)象較嚴(yán)重,展寬的光譜會覆蓋到相鄰的信道,從而使相鄰信道中的噪聲加劇.此外,當(dāng)自相位調(diào)制和群速度色散共同作用時,展寬的光譜會瞬間展寬光脈沖,這有可能對相鄰的光脈沖帶來干擾.交叉相位調(diào)制是用來描述光脈沖對其他信道信號光脈沖相位的影響,所以交叉相位調(diào)制僅在多信道系統(tǒng)中才發(fā)生.四波混頻(FwM)是指三個光波相組合產(chǎn)生一個或多個新波長的現(xiàn)象.新波長的頻率為人射波長組合產(chǎn)生的新頻率.此外,兩個半導(dǎo)體光電2008年8月第29卷第4期袁建國等:光通信系統(tǒng)中信道模型與FEC碼型構(gòu)造的分析不同波長的信號如果它們的強度和波長有特定關(guān)系時

14、也會產(chǎn)生FWM.在兩個信道的系統(tǒng)中,受到信號直接強度調(diào)制的頻率對光纖的折射率進行調(diào)制時不同頻率的信號相位受到調(diào)制.這種相位調(diào)制產(chǎn)生了兩個新的波長,四波混頻效應(yīng)能夠?qū)⒃瓉淼母鱾€波長信號的光功率轉(zhuǎn)移到新產(chǎn)生的波長上,從而對傳輸系統(tǒng)性能造成破壞.在光頻域范圍內(nèi)信道等間隔分配的DWDM系統(tǒng),混合產(chǎn)生的新波長會落入其他信號的信道內(nèi).由于四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的新波長會隨著信號波長數(shù)目呈幾何數(shù)目增加,并且因為新波長在電域范圍內(nèi)會對原來的波長產(chǎn)生破壞性的干擾,這種非線性效應(yīng)會產(chǎn)生誤碼.2.3放大器的ASE噪聲目前,摻鉺光纖放大器(EDFA)已成為長途大容量光通信系統(tǒng)中不可或缺的組成部分.EDFA在放大過程中,由于

15、自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子大部分在傳輸中逃逸出光纖,但有一小部分由于傳輸方向正好在光纖的軸線上而被光纖捕獲,這一部分的光子在摻鉺光纖中傳輸時同樣也被放大,形成了放大的自發(fā)輻射(amplifiedspontaneousemission,ASE)噪聲.ASE噪聲是伴隨著對信號光放大而產(chǎn)生的不可避免的噪聲,它是長途大容量光通信系統(tǒng)中最主要的噪聲.在多級聯(lián)的EDFA系統(tǒng)中,每級的EDFA又將前面的自發(fā)輻射噪聲放大,并產(chǎn)生新的ASE,積累的ASE噪聲經(jīng)過前置光放大器進入光接收機.ASE噪聲是一種不可避免的熱噪聲.2.4光接收機噪聲光接收機噪聲包括光電檢測器的噪聲和檢測器后面的放大器的噪聲.光電檢測過程的量子起伏

16、形成散粒噪聲,表現(xiàn)為信號功率和功率譜的起伏.光電二極管的檢測過程為”光子計數(shù)”過程,其概率密度函數(shù)為泊松函數(shù).一般地,把光電檢測器的輸出散粒噪聲功率等效為輸出電壓的方差.另外,光電檢測器在即使沒有光入射時也會有電流產(chǎn)生,稱為暗電流,受溫度的影響而起伏,這個起伏也會產(chǎn)生噪聲,最終會產(chǎn)生通過了倍增區(qū)的暗電流噪聲和沒有通過倍增區(qū)的漏電流噪聲.由于暗電流和漏電流值很小,在分析時對其造成的噪聲可忽略不計.放大器的噪聲主要由前置放大器引入,前置級電阻的熱噪聲和有源器件的噪聲都可以認(rèn)為是概率密度為高斯函數(shù),具有均勻,連續(xù)頻譜的白噪聲.經(jīng)過放大電路這個線性系統(tǒng)以后,輸出端的噪聲仍呈高斯分布.3信道噪聲分析與信

17、道模型建立3.1信道噪聲分析從上節(jié)分析可看出,在光通信系統(tǒng)信道中,發(fā)射機噪聲可以通過選擇合適的激光器而得到較好的克服,光纖的衰減使用放大器可以得到很好的解決,光纖的色散使用色散補償模塊也得到了比較滿意的處理效果.將這些已經(jīng)克服得比較好的噪聲忽略在信道模型選取之外,其他主要的噪聲還有光纖的非線性效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲,服從泊松分布的散粒噪聲,ASE噪聲和電阻有源器件的熱噪聲.減少在這些噪聲影響下的光通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的誤碼將是FEC技術(shù)研究的主要目標(biāo).光纖非線性效應(yīng)會導(dǎo)致一定量的串?dāng)_誤碼的產(chǎn)生,但這些串?dāng)_有的卻可以看成是無記憶的_3.如文獻E3通過實際的實驗表明光纖非線性效應(yīng)中的四波混頻呈現(xiàn)出無記憶的噪聲分

18、布特性.而另外的非線性效應(yīng)則有可能造成一定的突發(fā)錯誤,目前還沒有有效的分布理論可用,但可以考慮通過應(yīng)用糾突發(fā)差錯的碼型來減小這些有記憶的突發(fā)差錯,這樣它們的影響也將變得較小,可以忽略.而服從泊松分布的散粒噪聲和電阻有源器件的熱噪聲由中心極限定理可以采用高斯分布近似.最后,還有光通信系統(tǒng)中最主要的ASE噪聲,在使用光放大器的長途大容量光通信系統(tǒng)中,ASE噪聲相對于前面由近似而來的高斯噪聲更加占據(jù)主導(dǎo)地位.3.2信道模型建立在上面的分析中通過近似處理,將光通信系統(tǒng)中的噪聲簡化為了高斯噪聲和占主導(dǎo)地位的ASE噪聲.而事實上,對ASE噪聲來講,在研究光通信系統(tǒng)中的FEC時,它可以近似看成高斯白噪聲.這

19、樣信道中的噪聲就可以看成兩個高斯白噪聲的疊加,由基本的隨機過程知識可知,兩個高斯白噪聲的疊加結(jié)果也是高斯白噪聲.所以,光通信系統(tǒng)信道中的噪聲可以近似看作高斯白噪聲,也就是說在研究FEC時,光通信系統(tǒng)的信道模型可以近似成加性高斯白噪聲(AWGN)信道.這與文獻5中提出的三種光通信系統(tǒng)信道模型:Chisquare,非對稱高斯信道和AWGN信道中的第三種是相同的.這也表明了所建立的信道模型的合理性.此外,還需要進一步指出的是對于使用軟判決的FEC碼型性能的評估,在AWGN信道模型上進行評估和在Chi-square信道模型(一種更加精確的SEMICONDUCTOROPTOELECTRONICSVo1.

20、29No.4Aug.2008光通信系統(tǒng)信道模型)上進行評估基本上是同樣精確的.這就表明選用AWGN信道作為光通信系統(tǒng)的信道模型來分析光通信系統(tǒng)中FEC碼的性能是比較理想的.同時,還巧妙地擺脫了采用Chisquare信道模型帶來的復(fù)雜性.由于二進制對稱信道(BSC)可以看成是AWGN信道加上調(diào)制解調(diào)形成的,所以包含調(diào)制解調(diào)的光通信系統(tǒng)的信道模型也可以看成是BSC信道模型,因而在光通信系統(tǒng)中FEC碼型的仿真試驗中兩種信道模型都可以采用,并且二者是等效的.對于硬判決的BCH碼,RS碼和級聯(lián)碼來說,在BSC信道上進行仿真可以加快仿真速度.對于軟判決的FEC碼型來講,由于它們的譯碼要利用信道提供的軟信息

21、,所以不能選用輸出只為0和1的BSC信道,為此可選用AWGN信道來進行仿真.這樣通過選擇合適的輸入誤碼率或信噪比參數(shù),即可仿真測試出在光通信中應(yīng)用FEC碼后輸出的誤碼率,進而可以得到使用FEC碼后的誤碼率改善以及所獲得的凈編碼增益.3.3信道模型下的差錯分析上面通過分析光通信系統(tǒng)中的噪聲建立了光通信系統(tǒng)的信道模型AwGN信道,下面進一步分析在該信道模型下的誤碼率.如圖2所示L6,表示發(fā)送端發(fā)1信號5時,通過AWGN信道后在接收端接收的信號,它是由原來發(fā)送的5加上AWGN中的噪聲形成的,其概率密度函數(shù)為P(/5).表示發(fā)送端發(fā)0信號5.時,通過AWGN信道后在接收端接收的信號,它是由原來發(fā)送的5

22、.加上AWGN中的噪聲形成的,其概率密度函數(shù)為p(v/so).設(shè)高斯信道中的高斯噪聲均值為0,方差為仃,則:1n0P(/s1)一=:-e一一l/(.,/2nao1nP(v/so)一_蘭-e-sO/2設(shè)發(fā)送端發(fā)送1信號和0信號的概率是等概率1的,即發(fā)送1信號的概率P(s)一,發(fā)送0信號的厶1概率為P(5O)一÷.再設(shè)接收端接收到信號后,使厶用的判決門限為,將5誤判為5.的概率為P將5.誤判為5的概率為P,則信號經(jīng)過信道傳輸后圖由上述推導(dǎo)結(jié)果可知,在建立的信道模型中,信道的信噪比的變化會影響信道輸出的誤碼率,信噪比減小到一定程度時,信號經(jīng)過信道傳輸就會有較嚴(yán)重的誤碼率,以至于超出傳輸系統(tǒng)

23、的最大誤碼率要求.采用FEC技術(shù)就是要解決這一問題,它通過在發(fā)送端給發(fā)送的信息加入一定的冗余信息,可以在接收端通過譯碼將原來的誤碼率降低,從而可以減小因信道中信噪比較小導(dǎo)致的大誤碼率.也就是說,使用FEC技術(shù)后,可以放寬系統(tǒng)信道的信噪比要求,利用這一點可以在許多方面改善系統(tǒng)的性能.針對具體的光通信系統(tǒng)來說,可以考慮使用FEC技術(shù)在如下幾個方面改善系統(tǒng)的性能:(1)降低光放大器的輸出和輸入功率電平以避免非線性效應(yīng);(2)FEC可以帶來更多的光功率富余度;(3)增加長途系統(tǒng)的最大跨段數(shù);半導(dǎo)體光電2OO8年8月第29卷第4期袁建國等:光通信系墊堡皇!蘭苧塑蘭竺坌塹(4)增加大容量系統(tǒng)的信道數(shù).4F

24、EC碼型的構(gòu)造分析4.1FEC碼型分析FEC技術(shù)是通過在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⑿蛄兄屑尤胍恍┤哂嗟谋O(jiān)督碼進行糾錯,在發(fā)送端由發(fā)送設(shè)備按一定算法生成冗余碼插入到要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中,接收端按同樣算法對接收到的數(shù)據(jù)流進行譯碼,根據(jù)接收到的碼流確定誤碼的位置并進行糾錯.在光通信系統(tǒng)中,對FEC碼型的選擇必須要符合光通信系統(tǒng)特點的要求,因而對其分析之后,應(yīng)從如下幾方面對FEC碼型進行分析:(1)冗余度.即附加符號數(shù)與傳輸信息符號數(shù)的比率;(2)FEC編譯碼的復(fù)雜度.FEC編碼與譯碼的設(shè)計與實現(xiàn)過程不能過于復(fù)雜,并且適合以二進制傳輸;(3)可糾正突發(fā)錯誤的總長度;(4)對誤碼性能的改善程度.4.2FEC碼型的主

25、要構(gòu)造方法通過對光通信系統(tǒng)的噪聲分析可知,光通信信道具有低噪聲,低衰落的特性口.其信道低噪聲的特點決定了系統(tǒng)常常工作在高信噪比的情形下,這要求選取FEC碼型時要選取低的錯誤平層(errorfloor)或者沒有錯誤平層(所謂錯誤平層,就是指在中高信噪比下,當(dāng)誤碼率小于1O時,隨著信噪比的增大,改進糾錯碼的性能非常困難,誤比特率曲線和幀錯率曲線接近于水平線,這種現(xiàn)象就稱為誤比特率曲線或幀錯率曲線的”錯誤平層”現(xiàn)象)的碼型,這樣在系統(tǒng)高信噪比的情形下,可以取得更大的凈編碼增益.考慮到不過分增加器件成本,使光信號傳送更長的距離,選取的FEC碼型要有很好的凈編碼增益,從而使傳輸長距離時的可靠性得到滿足.

26、在大傳輸容量的情形下,如果選用的FEC碼型冗余度很大,就會占用過多的碼數(shù)容量來傳輸非信息數(shù)據(jù),嚴(yán)重降低傳輸?shù)挠行?因此選取的FEC碼型要盡可能有低的冗余度.此外,考慮到實際實現(xiàn)問題,選取的FEC碼型還必須有利于硬件實現(xiàn),不會帶來過多的編譯碼延時.綜上所述,光通信系統(tǒng)中FEC碼型的構(gòu)造方法如下:(1)要有低的錯誤平層或者沒有錯誤平層,這是考慮到光通信系統(tǒng)信道具有低噪聲的特點,在系統(tǒng)高信噪比的情形下,依然可以取得更大的編碼增益;(2)要有較高的凈編碼增益和低的碼型冗余度,這是長途大容量光通信系統(tǒng)對FEC碼型的要求.這兩者實際上反映了傳輸?shù)目煽啃院陀行缘囊?是一對矛盾,在選取FEC碼型時要做一

27、定的折中;(3)碼長不能過長,不能引入過多的編譯碼延時,要有利于軟硬件實現(xiàn).這主要是從實用化的角度來考慮的.上述這些在光通信系統(tǒng)中FEC碼型的主要構(gòu)造方法也是今后光通信系統(tǒng)中構(gòu)造FEC碼型時的基本指導(dǎo)方法.5結(jié)論分析了光通信系統(tǒng)中存在的噪聲,近似處理了一部分噪聲,用中心極限定理將一些噪聲綜合化歸成高斯噪聲,從而將光通信系統(tǒng)信道中的噪聲簡化為高斯噪聲,建立了光通信系統(tǒng)的信道模型一AWGN信道,分析了該模型下的信道差錯情況.同時,對適用于光通信系統(tǒng)中的FEC碼型進行了分析,提出了光通信系統(tǒng)中FEC碼型的主要構(gòu)造方法.這些工作都為今后光通信系統(tǒng)中FEC碼型的構(gòu)造和仿真研究打下了堅實的基礎(chǔ).參考文獻:

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30、,2:532-533.I-6PauluzzidR,BeaulieuNC.AcomparisonofSNRestimationtechniquesintheAWGNchannelJ.IEEETrans.Communications,1995,48(1O):16811691.(下轉(zhuǎn)第582頁)SEMIC0NDUCT0R0PT0ELECTR0NICSV01.29No.4Aug.2008并將之保存為.tbl文件后用Matlab讀出顯示如圖3(d)所示.系統(tǒng)以數(shù)據(jù)流的方式連續(xù)運行,運行時鐘頻率可達102MHz,相應(yīng)于1024×1024的紅外圖像其幀采樣頻率可達97Hz,而對于512×

31、256的紅外圖像其幀采樣頻率可達778Hz.作者對兩點校正和四點三次多項式擬合校正算法也進行了相應(yīng)的實驗,所得結(jié)果與三點二次多項式擬合校正比較見表1.從表1可以看出,由于IRFPA響應(yīng)特性非線性的影響,兩點校正的精度不高,而四點三次多項式校正精度較三點二次多項式稍高,但其計算量和硬件開銷相對較大.表1各算法校正精度及在線計算量比較非均勻性在線計算量輸入非均勻圖像11.7兩點校正7.61次乘法1次加法三點二次多項式l_8%2次乘法2次加法四點三次多項式1.73次乘法3次加法5結(jié)論從上述研究結(jié)果,可得出如下結(jié)論:(1)本文研究的函數(shù)擬合紅外焦平面陣列非均勻性校正算法能有效適用于IRFPA響應(yīng)特性的

32、大動態(tài)范圍和非線性,具有較高的校正精度;(2)本文研究的三點二次多項式擬合紅外焦平面陣列非均勻性校正FPGA實現(xiàn)系統(tǒng),采用流水線數(shù)據(jù)處理技術(shù),以數(shù)據(jù)流的方式連續(xù)運行,結(jié)構(gòu)簡單,體積小,運算速度快,校正精度高,便于擴展和移植:(3)由于大存儲容量FPGA芯片價格高,將數(shù)據(jù)采集存儲器和校正系數(shù)存儲器等以外掛的方式置于FPGA芯片外面,采用小存儲容量的高速FPGA芯片可顯著提高系統(tǒng)性價比;(4)本文研究成果為紅外焦平面陣列器件在空間體積有限且要求有較高的計算精度和運算速度場合的工程應(yīng)用開辟了一條新的技術(shù)途徑.參考文獻:1GrossW,HierlT,SchulzM.Correctabilityandlong-termstabilityofinfraredfocalplanearraysJ.OpticalEngineering,1999,38(5):862865.2代少升,張躍,劉文煌.利用DSP實現(xiàn)IRFPA非均勻性校正及其關(guān)鍵技術(shù)研究口.半導(dǎo)體光電,2006,27(5):642644.3李慶,劉