为了解决PD驱动电路的可靠性问题，在传统电路基础上设计并实现了一种迟滞结构的高精度PD驱动电路。采用对称双路结构，分别调节信号的上升、下降边沿时间，每一路使用迟滞导通的分段控制方式，提高了控制精度。采用限流方式，解决了因寄生效应而产生的振荡现象，提高了通信的可靠性。采用TSMC 018 μm CMOS工艺设计驱动电路并流片。测试结果表明，在BMC方波外的接频率为300 kHz时，线缆上电压信号的上下边沿时间都为340 ns，无明显振荡。该电路的静态功耗小于400 μA，具有较好的实用价值。

为了在高温环境下测量角位移, 研制了一种基于光纤的耐高温增量式光电编码器。针对高温工作环境提出利用耐高温的光纤传输光, 在常温环境中采用FPGA处理增量式编码器的电信号, 并通过USB传输角度信息; 分析光源光束准直度对光电编码器的影响, 提出采用LED凸透镜光纤耦合的方式获得平行光; 最后, 使用自准直平行光管和23面体检测精度, 并对比LED凸透镜耦合方式和直接耦合方式的精度。实验结果表明: 该系统在100 ℃的高温环境下工作正常, 编码器头部外型尺寸为62 mm×42 mm, 分辨力为0.3″, 精度3σ=13.55″; 与LED直接耦合方式相比精度提高了20.8%, 满足高温环境下角位移测量的需求。

围绕如何获得高质量远距离夜间视觉信息展开研究, 介绍一种基于红外短波成像与激光照明的视觉系统, 包括基于 FPGA与 USB的图像数据采集与传输模块以及基于多波段激光照明系统的设计, 展现了较之与传统的视觉系统更远更清晰的视觉图像效果, 讨论了夜间视觉信息的获取距离与照明光源的关系问题。该系统在夜间远距离情况下效果尤为显著, 为海上监视、单兵装备提供良好视野。

针对现有的数据采集系统无法兼备通道数多、速度快、实时存储的问题, 提出一种基于可编程逻辑器件和大容量Flash的多传感器动态参数实时采集与存储方法。该系统以FPGA为主控制器, 实现对模数转换芯片的控制与读取时序; 转换后添加校验字节, 通过双FIFO缓存方式实现和Flash的高效率数据交互; 双Flash实现采集数据备份, 增加存储可靠性; 双Flash之间总线相互独立, 提高数据存储速度; 最后通过USB接口实现与上位机的高速数据传递。实验证明: 该系统的单通道采样速率可达2 MHz, 实时存储速率单片Flash可达50 MByte/s字节, 双片可达100 MByte/s, 在强振动动态测试环境下, 能够可靠地采集传感器的输出信号, 采集绝对误差在1 mV以内, 数据无误码率。满足振动测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

设计的软件安全模块是一个外置的硬件模块，提供版权保护、核心数据加密、稳定运行监控等功能。外置安全模块采用USB与PC主机连接，通过将安全模块内的微控制器虚拟为USB大容量存储设备，实现了免驱动的便携数据通道。设计了一种基于报文的分层通信协议栈作为安全模块与PC的通信规约，实现安全可靠的数据通信，并提供通用的调用接口。以电缆载流量分析软件为应用实例，说明安全模块的使用方法。

针对卫星数传分系统基带数据模拟源的要求，提出了基于FPGA控制的NAND FLASH解决方案，阐述了该方案的硬件和软件的设计与实现，对NAND FLASH的读、写、擦除的操作时序进行了研究。单片FLASH最高读取速率可达250 Mbps，可通过多片FLASH芯片并行读取达到更高的读取速率。试验表明，该方案实现的卫星数传分系统基带数据模拟源可以有效模拟卫星数传分系统所需的数据模拟源，满足卫星数传分系统测试的需求。

为了实现对光电编码器在动态状态下的误码检测, 提高批量生产时对光电编码器的误码检测速度, 设计了光电编码器动态误码检测系统。首先, 对光电编码器误码产生原因进行了分析, 并对光电编码器误码进行特征识别。其次, 针对光电编码器误码的特征, 采用微分方法对光电编码器进行动态误码检测。然后, 搭建了光电编码器动态误码检测系统, 设计了软硬件电路。最后, 对所设计光电编码器动态误码检测系统进行实验验证。实验表明: 所设计的动态误码检测系统能够实现对0~8 r/s转速下光电编码器的误码检测, 检测结果直观、准确。检测系统极大的提高了批量生产光电编码器时的检验速度。

为满足光谱仪微型化、便携化的要求，并克服基于台式电脑处理系统的光谱仪在户外使用不便的缺点，研制了一种基于Android系统的微型光谱仪。介绍了仪器研制过程中的光学、机械、电子学以及应用软件(APP)的设计。光学系统利用平场全息凹面光栅简化系统光路结构，机械结构使用3D打印技术一体化成型。选用线阵CCD（TCD1304DG）作为光电探测器，用全新的STC15系列嵌入式微控制单元(MCU)为控制核心，采用Android USB(系统通用串行总线)接口用于通信，完成了Android系统下高分辨率光谱数据采集系统的设计。编制APP用于实时处理光谱数据。运用电子快门技术，实现了Android设备对CCD积分时间的实时在线可调，满足了便携式光谱仪在不同环境下的工作要求。设计方案以Android系统作为数据处理平台，代替了传统台式电脑处理系统，体现了较好的便携性优势。

空间相机地面检测系统在投入使用之前, 必须进行严格的自检功能测试。为了解决测试时与庞大的CCD相机系统对接造成的时间和物力资源浪费问题, 本文结合TDICCD空间相机工作原理, 设计了一种空间相机图像模拟源系统。本系统通过USB总线进行图像数据的下传, 然后经SRAM缓存, 并以流水线作业方式下载到FLASH中实现8通道图像数据的固存。并且可实现对相机行频大小、图像大小进行调整的功能, 进而模拟不同型号空间相机。实验结果表明, 该图像模拟源USB接口的下载速度可达到40 MB/s, 空间相机地面检测系统显示的图像与上位机发送的图像一致, 无数据丢失和误码的情况。该相机图像模拟源设计灵活, 性能稳定可靠, 适用范围广。

针对GNSS中频信号数据量大、传统数据采集卡成本高昂的问题，设计了Linux操作系统下基于USB2.0串行总线和FPGA的GNSS中频数据采集系统，完成了相应的软硬件设计。利用状态机控制CY7C68013A各端点缓存的读写状态，完成高速数据传输功能，通过FPGA缓存中频数据有效提高系统数据传输带宽。编制了Linux下完整的GNSS软件接收机，实现了基于QT的接收机用户界面软件和Qwt插件的数据图形化显示窗口。测试结果表明：数据采集系统的传输速率可达200 Mbit/s以上，在降低成本的同时有效解决了大量数据的传输问题,软件接收机满足定位精度要求，具有良好的灵活性和适应性，而且易于扩展和升级算法。