【摘 要】
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激光通信以其可用频带宽、传输速率高、通信保密性好等优势,已经发展成为一种构建空间通信网络的重要技术,但激光通信光束的发散角仅有几十微弧,这使得通信链路存在建立和保持困难的问题,在激光通信设备中通常使用捕获、对准、跟踪（APT）系统解决这一问题。APT系统首先通过光斑检测单元反馈接收光束相对于系统视场中心的位置信息,然后实现对光路的调控,所以光斑检测单元是APT系统的关键模块。本文设计了一种以CMO
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激光通信以其可用频带宽、传输速率高、通信保密性好等优势,已经发展成为一种构建空间通信网络的重要技术,但激光通信光束的发散角仅有几十微弧,这使得通信链路存在建立和保持困难的问题,在激光通信设备中通常使用捕获、对准、跟踪（APT）系统解决这一问题。APT系统首先通过光斑检测单元反馈接收光束相对于系统视场中心的位置信息,然后实现对光路的调控,所以光斑检测单元是APT系统的关键模块。本文设计了一种以CMOS图像传感器和集成ARM与FPGA的处理器为核心的用于实现APT系统中光斑检测功能的光斑处理系统。光斑处理系统的设计分成三个部分,一是图像采集单元的设计,针对CMOS图像传感器具有图像窗口大小可调和窗口位置灵活设置的特点,应用ARM通过SPI接口驱动CMOS图像传感器,设计了对CMOS图像传感器的调控功能,使得光斑处理系统可同时应用在APT系统光路调控的粗精跟踪两个阶段进行图像采集,减小APT系统的体积和功耗;二是图像处理部分的设计,针对FPGA具有并行处理、高速运算的特点,通过将光斑处理系统中CMOS图像传感器的图像数据传输给FPGA进行处理,在FPGA中设计图像数据采集、坏点去除、灰度统计、坐标计算的图像处理功能,实现光斑质心位置的实时计算;三是图像显示部分的设计,为了观察光斑图像,将CMOS图像传感器的图像数据,通过FPGA应用VGA接口输出至显示器进行图像显示。通过实验测试,本文设计的光斑处理系统能够正常显示图像,CMOS图像传感器的帧速率能够在400×400窗口达到100Hz,在200×200窗口达到400Hz,满足设计要求,且在16×16的窗口下最大帧速率在3KHz以上。FPGA中的坐标计算功能满足实时性的要求,在一帧图像的传输结束,即可得到光斑的质心坐标,且质心位置计算正确。测试结果表明,设计的系统实现了预定功能,满足技术指标。
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