طراحی و آنالیز سنسورهای تصویری هوشمند تعقیب کننده هدف با استفاده از روش دمدولاسیون نوری

تعیین و تشخیص موقعیت اجسام و اهداف به طور گسترده در زمینه های مختلف نظامی، مخابراتی، رباتیک و اتوماسیون کاربرد دارد. سیستم gps روش غالب موقعیت یابی در محیط های بیرون و آزاد می باشد. این در حالی است که موقعیت یابی توسط این سیستم برای محیط های سربسته به دلایلی چون محو شدن چند مسیره، تداخل و شرایط عدم وجود خط دید مستقیم (non-los) با محدودیت هایی روبه رو می شود. در کنار تحقیقات rf و از جمله تکنیک های uwb، برای موقعیت یابی در محیط های بسته، تکنیک های تصویری و بینایی نیز به عنوان روش های مکمل مورد توجه قرار گرفته اند. تکنیک های نرم افزاری پردازش تعقیب هدف را می توان توسط ساختارهای ترکیبی سنسور تصویری-پردازنده دیجیتال جهت اجرای بلادرنگ (real-time) پیاده سازی کرد. در این روش توان مصرفی زیاد و سرعت پردازش معمولا محدود می باشد. سنسورهای تصویری هوشمند امکان پردازش موازی اطلاعات تصویری را با توان مصرفی پایین توسط المان های پردازشی آنالوگ (و یا ترکیب آنالوگ و دیجیتال)، فراهم می کنند. استفاده از الگوهای تصویری خاص برای برچسب گذاری اهداف یکی از روش های موثر جهت تمایز هدف از پس زمینه، در سنسورهای هوشمند محسوب می شود. هدف تحقیق حاضر، طراحی و آنالیز سنسورهای تصویری هوشمند cmos با توانایی تشخیص برچسب های نوری مدوله شده است. سنسورهای طراحی شده، تصویر پس زمینه را حذف کرده و مکان اجسامی را تشخیص می دهند که نور مدوله شده ارسال می کنند. از مشخصه های اصلی سنسورهای طراحی شده، عدم نیاز به لینک اضافه برای همزمان سازی سیگنال ارسال شده با فرآیند دمدولاسیون در داخل تراشه (عملکرد آسنکرون)، امکان تشخیص شناسه سیگنال ارسال شده و قابلیت انجام پردازش و تشخیص مکان به صورت درون پیکسلی می باشد. برای این منظور دو تکنیک متفاوت دمدولاسیون آسنکرون متعامد و دمدولاسیون آسنکرون ارائه می گردد و سلول های مداری مناسب جهت محقق کردن این تکنیک ها معرفی می شوند. در این روش ها، خروجی سنسور تصویری به ازاء هر پیکسل، تک بیتی خواهد بود که نشان دهنده وجود و یا عدم وجود سیگنال مدوله شده در آن نقطه از تصویر است. پیکسل های دمدولاسیون ارائه شده از لحاظ مداری مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفته و عملکرد آنها در شرایط واقعی و در حضور پارامترهای غیر ایده آل چون عدم تقارن المان ها، نویز تصادفی، تغییرات شرایط محیطی چون دما و شرایط ارسال سیگنال مدوله شده، آنالیز شده است و نتایج بدست آمده با استفاده از شبیه سازی های کامپیوتری مورد تایید قرار گرفته اند. همچنین عملکرد این سلول ها در یک ساختار آرایه ای و در حضور نوسانات ولتاژ تغذیه بر اثر امپدانس خطوط انتقال شبیه سازی و بررسی شده و با توجه به نتایج حاصل، مشخصات عملکرد سنسورها و همچنین محدوده کاری و حساسیت آنها بدست آمده است. با توجه به اینکه پهنای باند اطلاعات خارج شده از تراشه صرفا محدود به مکان جسم تحت تعقیب بوده و توان مصرفی تراشه پایین است، سنسورهای ارائه شده گزینه مناسبی جهت استفاده در شبکه های سنسوری توزیع شده (distributed sensor network) و همچنین ناوبری وسایل نقلیه هوشمند می باشند.