基于TMS320DM642在移動(dòng)平臺(tái)ATP技術(shù)中的應(yīng)用

1 引言

空間光通信采用激光作為載波。與傳統(tǒng)微波通信相比，空間光通信具有傳輸容量大、方向性強(qiáng)、傳輸速率大、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，在衛(wèi)星和航空航天等大容量通信方面具有巨大的應(yīng)用前景。但由于激光具有波束窄、發(fā)散角小的特點(diǎn)，空間太陽、月亮等星體背景光的干擾，加之遠(yuǎn)距離通信信道對(duì)光信號(hào)的極大衰減等因素，因而空間光通信能夠快速實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、飛機(jī)等空間移動(dòng)平臺(tái)的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)(Acquisition，Track—ing，Pointing，簡稱ATP)，并建立穩(wěn)定而有效的通信鏈路。因此，介紹了一種基于DSP的移動(dòng)平臺(tái)ATP技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1 ATP系統(tǒng)架構(gòu)

為了模擬實(shí)驗(yàn)空間移動(dòng)平臺(tái)ATP過程，設(shè)計(jì)一套地面模擬ATP系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)分為圖像處理模塊、電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)模塊、二軸電控轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)、光學(xué)系統(tǒng)等，如圖1所示。圖像處理模塊核心是圖像處理器件。采用TMS320DM64(簡稱DM642)作為圖像處理器，該器件是TI公司推出的一款針對(duì)多媒體處理應(yīng)用的高性能定點(diǎn)DSP器件，它具有C64X內(nèi)核，指令集與(264X全面兼容，其內(nèi)部工作時(shí)鐘達(dá)600 MHz，指令執(zhí)行速度高達(dá)4 000~4 800 MI/s，它擁有3個(gè)獨(dú)立配置的視頻端口，可獨(dú)立配置為視頻采集或顯示端口，采用EDMA方式快速地在存儲(chǔ)器與視頻端口之間傳輸視頻信號(hào)，另外DM642還擁有多路音頻端口(McASP0)，32位主機(jī)接口(HPI)，PCI總線接口，16位通用I／O端口(GPIO)，3個(gè)定時(shí)器以及I2C總線模塊。DM642對(duì)CCD采集的圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理和分析，判斷信標(biāo)光是否進(jìn)入視場，并利用灰度直方圖算法計(jì)算目標(biāo)與背景間的閾值，再利用質(zhì)心算法得出信標(biāo)光坐標(biāo)，并將信息實(shí)時(shí)傳輸給電機(jī)控制部分。

電機(jī)控制器采用專門用于工業(yè)控制的LPC2114ARM及其外圍電路。LPC211ARM采用ARM7TDMI—S核技術(shù)，采用RISC指令，流水線執(zhí)行結(jié)構(gòu)，嵌入式操作系統(tǒng)移植性強(qiáng)。根據(jù)DSP處理后的信息調(diào)整載有CCD的二軸電控轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用新型的雙極性恒流斬波驅(qū)動(dòng)技術(shù)，光電隔離信號(hào)輸入，自動(dòng)半流，可設(shè)置最大2 A電流和最大125級(jí)細(xì)分，振動(dòng)和噪聲小。

二軸電控轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)按照水平和俯仰兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其水平方向無最大角度限制，而俯仰方向接近360°，通過ARM控制器實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的方位和俯仰角的精密轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器為最大值128細(xì)分時(shí)，其方位和俯仰角的轉(zhuǎn)角精度達(dá)2．725μrad和1．635μrad。

光學(xué)系統(tǒng)由信標(biāo)光發(fā)射和CCD接收部分組成。CCD有效像素為582(H)×512(V)，像素尺寸為8．25(H)μm×7．03(V)μm，接收靈敏度為0．005勒克斯，CCD的視場角為3°x3°。CCD安裝于二軸電控轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，相當(dāng)于光學(xué)天線，用于接收光信號(hào)，通過ARM電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)CCD的全空間掃描和信標(biāo)光接收。信標(biāo)光置于單片機(jī)控制的小車，模擬實(shí)現(xiàn)空間移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。