全數位化空間光通信陣列信號分集接收系統的製作方法

2023-10-26 00:26:37 1

專利名稱：全數位化空間光通信陣列信號分集接收系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於空間光通信的數字陣列信號分集接收系統，具體 地說，本接收系統能夠通過多個光通信終端接收機，對來自同一目標信號源
的脈衝位置調製PPM調製光脈衝信號以陣列方式接收，並綜合運用數位訊號 處理技術，通過數位訊號處理器DSP、現場可編程門陣列FPGA等大規模數 字器件，構建了實現先進通信信號處理算法的接收機硬體平臺，使接收機具 備數字濾波、去噪、空間分集均衡和RS糾錯解碼等很強的信號檢測和恢復有 效發送信息的能力。從總體上說，本實用新型屬於空間光通信接收設備的技 術領域。
背景技術：
目前空間雷射通信是一項蓬勃發展的重要的新興的無線通信技術，空間 光通信以其高速、靈活、不佔用通信頻帶，安全保密等優勢，已逐漸應用在 區域網、應急通信、戰術通信和衛星通信。另外，由於海水具有藍綠雷射的 透明窗口，用藍綠雷射與水下目標進行通信，可以保證系統具有較高的通信 帶寬、保密性和安全性，不產生聲、熱信號，不易被對方偵測。因此又是一 種理想的水面艦艇、空間飛行器與水下目標通信的手段，同時也可以實現水 下目標之間的高速通信。自由空間光信道與光纖等理想的光信道不同，經常 會遇到一些極端的天氣狀況，如厚雲、濃霧、大雨等天氣，與水下目標通信 時，光脈衝還需要在海水中傳輸，這些都給遠距離空間雷射通信帶來極大的 不利影響。空間光信道對光通信的影響主要體現在傳輸介質的多重散射作用， 介質吸收引起的光強衰減，信號幅度衰落等方面，導致接收端難以從光信號 中恢復出發送信息。此外，大氣湍流的局部介質折射率擾動，能使光信號由 於隨機相干疊加使信號強度閃爍起伏，增加了光電檢測時的附加噪聲。除了 以上幹擾外，由於雷射光束具有很好的方向性，發散角很小，這時發射的光 脈衝信號必須準確的照射到目標接收機的接收平面上，而光學接收機的光學 天線與無線電天線不同，屬於有方向、窄視場天線，因此在一般雷射空間通 信系統中，跟瞄控制(APT)也是必不可少的。
雖然面臨著這些困難，空間光通信技術也在不斷完善發展中，目前實用化 的空間雷射通信產品還不多，主要是作為樓宇間局域通信網橋使用，或者出 現在一些民用應急通信設備中，結構和功能過於簡單，沒有精確的跟瞄系統， 不能適應複雜的通信環境。其他超視距雷射通信系統，如地面衛星通信，星 間光通信和飛行器與水下目標通信，則基本上處於實驗室樣機階段，還沒有 正式商品化的報導。 發明內容
本實用新型的目的是克服以上光通信的客觀障礙，提供一種全數位化空間 光通信陣列信號分集接收系統，達到在任何時間、任何地點、任何條件下都 能實現兩通信節點間的高速數據鏈路級通信連接。
本實用新型的技術方案如下-
一種全數位化的空間光通信陣列信號分集接收系統，該系統是採用先進的 數位訊號處理技術在最大限度內維持通信連接的，本系統採用主從工作模式， 主上位機負責系統控制和各信道通信信號的分集處理，多個下位萬向軸(以
下簡稱為Gimbal)通信接收機為下位從屬機，該下位萬向軸通信接收機是安 裝在萬向軸調整架上的通信接收機，獨立自主地對信號源追蹤探測，既能組 成接收陣列，又能各自分布在4;t全空間角的任意方向，接收從任何可能方向 入射的光信號。
本實用新型採用光脈衝位置調製(PPM)方式，最高通信速率達到1Mb/s， 能夠在各種嚴酷的空間環境下工作，能用數位訊號綜合傳送文字、視頻和語 音信息。
本實用新型的具體方案這樣實現的
一種全數位化空間光通信陣列信號分集接收系統，其特點是包括 一個上位 接收機和多臺安裝在各自的萬向軸旋轉機構上的下位通信接收機，每臺下位 萬向軸通信接收機具有下位機跟瞄模塊和下位機通信接收模塊，上位接收機 具有上位機信號處理模塊
所述的下位機跟瞄模塊的構成為視頻模數變換器與電荷耦合器件探測器
相連，通過第一複雜可編程邏輯連接第一靜態隨機存儲器和第二靜態隨機存 儲器，第一數位訊號處理器通過複雜可編程邏輯連接到第一靜態隨機存儲器， 第二靜態隨機存儲器，微控制器與第一數位訊號處理器相連，微控制器控制
第一控制器區域網路控制器和下位萬向軸通信接收機安裝的萬向軸的步進電
機驅動器，第一數位訊號處理器與同步動態隨機存儲器和快閃記憶體相連；
所述的下位機通信模塊的構成是雪崩光電二極體與模數變換器相連，該 模數變換器通過第二複雜可編程邏輯與第一先入先出緩存相連，第二數字信 號處理器通過第二複雜可編程邏輯連接到乙太網控制器，第二數位訊號處理 器和第一先入先出緩存相連，第二數位訊號處理器與同步動態隨機存儲器和 串行可擦除只讀存儲器相連；
上位機信號處理模塊的構成為第三數位訊號處理器通過第三複雜可編程 邏輯連接到乙太網控制器和第二先入先出緩存器和第三先入先出緩存器，第 三先入先出緩存器與現場可編程門陣列相連，現場可編程門陣列與先進精簡 指令集處理器相連，先進精簡指令集處理器控制第二控制器區域網路控制器、 液晶顯示器和通用串行總線控制器，第三數位訊號處理器與同步動態隨機存 儲器和串行可擦除只讀存儲器相連；
所述的下位機跟瞄模塊通過控制器區域網路總線與上位機信號處理模塊 的第二控制器區域網路控制器相連，下位機的通信模塊的乙太網控制器通過 乙太網與上位機信號處理模塊的乙太網控制器相連。
所述的上位機信號處理模塊還設有通用串行接口 ，該接口可通過通用串行 總線與計算機相連。
本實用新型的優點
首先，提出採用多接收機組成接收陣列，用先進的空間分集均衡算法處理 各通道的接收信號，並用數位訊號處理器設計出了接收機的硬體電路，能夠 有效降低光通信系統的誤碼率，本實用新型還把強有力的RS糾錯碼用於本系 統光PPM信號接收中，使接收機的性能更上一層樓，能夠應用在最惡劣的空 間雷射信道中，包括衛星和飛機的大氣海洋信道(參見圖1)，水下目標的海 水信道。本系統為全數位化方式構建，大量採用了大規模數字IC器件，集成 度高，整個核心電路僅需要三個電路模塊，包括下位機通信模塊、下位機跟 瞄模塊和上位機信號處理模塊。
其次，設計通信速率達到1Mb/S，能以數位訊號形式，綜合傳輸文字、圖 像和語音信號，既可用於民用遠距離可靠雷射通信，也可用於軍事目的的作 戰單位之間靈活機動通信，完全具備雷射通信系統高速、難以被對方偵聽、
截獲的特點。
再者，本實用新型採用主從式、上位機和下位機結構，通信信號的傳輸使
用10BaseT乙太網，命令傳輸採用工業標準的CAN現場總線，能夠實現信號 的遠距離傳輸，這樣的設計，下位接收機可以配置到寄主的任何部分，靈活 分布成任何拓撲網絡，且每個下位接收機都能夠獨立的工作，具有自動掃描 未知區域或對目標自動跟蹤的能力，是一種光機電結合的智能設備。
最後，本實用新型以較低的成本，實現了一種創新的功能強大的空間雷射
接收系統。

圖1是本實用新型在大氣海洋信道雷射通信中採用陣列分集方式接收光
脈衝信號的應用示例，代表了多個分集接收截面對散射後擴散光信號的接收
和綜合信號的合成示意圖。
圖2是本實用新型中下位機跟瞄模塊的電路結構方框圖。
圖3是本實用新型中下位機通信接收模塊的電路結構方框圖。
圖4是本實用新型中上位機信號處理模塊的電路結構方框圖。
圖5是本實用新型中下位機跟瞄模塊的視頻AD採樣和視頻DSP器件的
邏輯電路電原理圖。
圖6是本實用新型中下位機跟瞄模塊的控制器及相關接口的控制電路電原理圖。
圖7是本實用新型中下位機通信接收模塊的通信AD採樣和乙太網接口的
邏輯電路電原理圖。
圖8是本實用新型中下位機通信接收模塊的DSP器件的邏輯電路電原理圖。
圖9是本實用新型中上位機信號處理模塊的上位機乙太網接口及緩存的邏 輯電路電原理圖。
圖10是本實用新型中上位機信號處理模塊的DSP器件和FPGA器件的邏 輯電路電原理圖。
圖11是本實用新型中上位機信號處理模塊的主控制器及相關接口的控制 電路電原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實 用新型的保護範圍。
先請參閱圖2、圖3和圖4，由圖可見，本實用新型全數位化空間光通信 陣列信號分集接收系統，包括一個上位接收機和8臺下位通信接收機，每臺 下位通信接收機具有下位機跟瞄模塊1和下位機通信接收模塊2，上位接收機 具有上位機信號處理模塊3:
所述的跟瞄模塊1的連接關係為視頻模數變換器(以下簡稱VAD)12與電 荷耦合器件(以下簡稱CCD)探測器9相連，通過第一複雜可編程邏輯(以下 簡稱CPLD) 11連接第一靜態隨機存儲器(以下簡稱SRAM) 14，第二靜態 隨機存儲器15、第一數位訊號處理器(以下簡稱DSP) IO通過複雜可編程邏 輯(以下簡稱CPLD) 11連接到第一靜態隨機存儲器14，第二靜態隨機存儲 器15，微控制器(以下簡稱MCU) 13與數位訊號處理器10相連，微控制器 13控制控制器區域網路(以下簡稱CAN)控制器18和步進電機驅動器19。
所述的通信模塊2的連接關係為雪崩光電二極體(以下簡稱APD) 34 與模數變換器(以下簡稱AD) 31相連，模數變換器31通過第二複雜可編程 邏輯(以下簡稱CPLD) 30與第一先入先出緩存(以下簡稱FIFO) 32相連， 第二數位訊號處理器(DSP) 37通過第二複雜可編程邏輯(CPLD) 30連接到 乙太網控制器33,第二數位訊號處理器(DSP)37和第一先入先出緩存(FIFO) 32相連。
所述的上位機信號處理模塊3的連接關係為第三數位訊號處理器(DSP) 46通過第三複雜可編程邏輯(CPLD) 40連接到乙太網控制器41和第二先入 先出緩存器(FIFO) 44和第三先入先出緩存器(FIFO)49，第三先入先出緩存 器(FIFO)49與現場可編程門陣列(以下簡稱FPGA) 48相連，現場可編程門 陣列(FPGA) 48與先進精簡指令集處理器(以下簡稱ARM) 51相連，先進 精簡指令集處理器(ARM) 51控制控制器區域網路(CAN)控制器56，液晶 顯示器(LCD) 57和通用串行總線控制器(以下簡稱USB) 55。
所述的下位機跟瞄模塊1通過控制器區域網路總線與上位機信號處理模塊 3相連，下位機的通信模塊2通過乙太網與上位機信號處理模塊3相連。
所述的下位機通信接收模塊2採用模數轉換器AD31對APD34光電轉換 得到的信號進行數位化採樣，由第一 DSP完成數位訊號的數字濾波和去噪，
用乙太網控制器向上位信號處理模塊發送數位化的PPM幀信號。
所述的跟瞄模塊1採用高靈敏度的CCD攝像機9獲取目標信標光斑圖像， 用視頻AD12將模擬視頻信號數位化，用第一 DSP10完成光斑的捕獲和脫靶 量的計算，MCU13採用光閉環迴路實現跟蹤控制，把脫靶量信號換算成步進 電機的控制脈衝，由步進電機驅動器19驅動步進電機，用兩個步進電機實現 Gimbal(萬向軸)機械構架的三維轉動，實現目標的跟蹤和瞄準。上位信號處理 模塊3通過乙太網控制器按8個信道循序分別接收各信道傳送的數字通信信 號，由第三DSP46執行空間分集均衡算法，由FPGA48實現RS糾錯編碼的 解碼，使用32位的ARM51控制器通過CAN現場總線與下位機通信，實現上 下位機之間的雙向控制交流，並實現和USB的接口，能夠方便的與計算機PC 互連，ARM控制器51通過LCD57實現系統信息和通信信息的顯示。
所述的AD31採樣晶片為德州儀器的TLC5510， 20MSPS，並行8位輸出 AD器件，用於光電信號的數位化，AD31採樣得到的數位訊號被緩存到第一 FIF032中，FIF032的型號為IDT72v06，容量為16K*9bit。
所述的第二數位訊號處理器第二DSP37是美國德州儀器公司生產的晶片， 作為通信模塊和上位機信號處理模塊的算法硬體實現器件，第二 DSP37從 FIF032中讀取AD31採樣信號。
所述下位機的乙太網控制器33為Realtek公司的RTL8019AS， 10BaseT 標準的控制器，內部含有16K字節的SRAM收發緩衝區，第二DSP37處理後 的數據保存到乙太網控制器的緩存中再發送到乙太網信道上。
所述的通信模塊的接口邏輯時序由Altera公司的CPLD30提供，型號為 EPM7512AS，具有IOK邏輯門的資源容量，光PPM信號的時序同步和幀同 步器由CPLD30的內部邏輯資源構造。
所述的視頻AD12為Philips公司的SAA71B，能夠自適應PAL、 NTCS 不同制式。SAA7113完成模擬視頻信號的數位化，通過可編程邏輯的控制， 往雙SRAM14、15緩存模式保存視頻信號數據，SRAM的型號為CY7C1049B， 容量為512K*8bits。
所述的第一數位訊號處理器第一 DSP10採用德州儀器的TMS320C6713, 內部具有8個並行運算單元，32位寬指令，最大指令執行速度達到1600MIPS， 能夠滿足進行大規模圖像處理的要求。第一 DSP10從SRAM14或SRAMi5
緩存中獲取圖像數據進行數字圖像的信號處理，並通過SP1接口把處理結果
發送給微控制器(MCU) 13。
所述的跟瞄模塊的上位機命令傳輸通道為CAN現場總線網絡，CAN總線 控制器為Philips公司的SJAIOOO， CAN總線是優秀的系統控制總線，能保證 控制命令的準確傳輸，能夠工作在各種具有嚴重幹擾信號的場合。最大傳輸 距離達到lKm，滿足本實用新型分布式陣列布局的要求，下位Gimbal接收機 在MCU13的控制下通過CAN總線向上位機反饋系統當前狀態，上位機則通 過CAN總線控制下位Gimbal接收機的工作模式。
所述的步進電機採用四相混合式步進電機，電機控制器的型號為L297D, 功率放大器型號為L298N，控制器工作在半步模式下，跟瞄模塊的MCU13 採用德州儀器的16位單片機MSP430F149， MCU13控制跟瞄系統的步進電機 驅動電路模塊，實現整個Gimbal的轉動。
所述的上位機信號處理模塊3採用RTL8019AS作為乙太網接口控制器41 ， 乙太網與下位機通信，接收來自下位機的數據送到第二 FIF044 (型號為 IDT72V06)進行緩存，用接收中斷通知第三DSP46，用第三DSP46執行空間 分集均衡處理，處理完成的結果保存到第三FIF049 (型號為IDT72V06)。
所述的RS糾錯碼解碼器由Altera公司的Cyclone系列FPGA48器件構造， FPGA的型號為EP1C12，器件提供了 12， 060個LE單元，大約20萬門的邏 輯資源。完全能夠滿足RS解碼器的設計需求，RS解碼器從第三FIF049取得 經過第三DSP46處理後的輸入數據。
所述的上位機主控制器為韓國三星公司的ARM處理器51，型號為 S3C44B0X，器件工作在66MHz頻率下，可以運行前/後臺模式控制程序，也 能運行UCOS、 ucLiunx等嵌入式作業系統。S3C44B0X接收完成了解調解碼 後的數據，負責通信結果的顯示和人機界面控制管理，S3C44B0X有較強的控 制和處理能力，其外擴的接口器件包括USB接口，採用Philips公司符合 USB1.1標準的控制器PDIUSBD12;CAN接口控制器56採用SJA1000; RS232 串行接口 LCD顯示屏57: 4*4小控制鍵盤58。
所述的上位機主信號處理模塊3的接口時序邏輯由Altera公司的 EPM7512AS提供-
下面結合各個附圖，具體介紹本實用新型中上位機信號處理模塊3、下位
機通信接收模塊2和下位機跟瞄模塊1三個基本模塊的控制電路結構及其工 作原理。
參見圖2和圖5，本實用新型採用高速、高靈敏度的CCD攝像機9作為 本系統的跟蹤掃描模塊探測器，使用黑白CCD攝像機，輸出的是黑白全電視 信號，模擬視頻信號通過接收機的S端子或C端子輸入視頻A/D轉換器12
(型號為Philips公司的SAA7113), SAA7113器件是8位視頻信號處理器， 具有四路模擬輸入通道，通過內部兩個A/D處理通道進行數模變換，使用內 部集成電路總線(IIC總線)配置。SAA7113的輸出總線信號VP07 0，能輸 出標準的YCrCb(4:2:2)16位數字視頻信號，其中預濾波亮度信號， 一方面經 過濾波和匹配放大，形成數字亮度信號，另一方面，用於同步信號的產生。 SAA7113外接24.576MHz晶振，通過內部鎖相環(LLC)，輸出27MHz的時 鍾信號。LLC時鐘信號為像素時鐘頻率的2倍，每LLC的上升沿輸出一個字 節的解碼數據，可設置RTSO信號為水平輸出參考信號(行同步信號)，RTS1 為垂直輸出參考信號和奇偶場標記信號(場同步信號)。
在本實用新型的跟瞄模塊l的電路中，見圖5，視頻採樣採用桌球緩存方 式存儲A/D轉換得到的視頻圖像數據，CCD輸出PAL制式的黑白全電視信號， 信號採樣隔行方式輸出，圖像幀的頻率為25Hz，場頻率為50Hz，行頻為 625*25=15625Hz，每幀652行，每場312.5行，除去場同步、前後均衡，場 消隱脈衝外，有效的圖像信號為287.5行/場，在本系統中，每行取中間的512 個像素點數據，每場取其中的256圖像有效行，則一幀採樣圖像的數據量為 512*512*8=2Mbits。由於圖像幀的採樣數據量比較大，遠遠超過一般緩存單元 容量，如FIFO和兩口 RAM的存儲容量，本實用新型採用SRAM14、 SRAM15 存儲器單元作為視頻跟瞄模塊的圖像緩存，在完成一幀數字圖像的存儲後， 再由DSP器件10通過EDMA通道一次全部讀取和處理，最大程度的降低了 第一 DSP10的數據IO開銷，把儘量多的計算資源集中到跟瞄算法的實現和優 化上。為了防止SRAM中圖像數據的保存和讀取同時進行時可能發生的衝突， 本實用新型採用雙SRAM以桌球方式交替工作在不同的狀態，即首先把圖像 數據保存在SRAM14上，同時第一 DSP10讀取SRAM15上的圖像數據，然 後下--圖像幀，通過CPLD11中的埠選擇切換模塊，第-- DSP10讀取 SRAM14的圖像數據，而A/D採樣數據則保存在以被第一 DSP10讀取的SRAM15中，如此輪流存儲。相關的信號為LLC-視頻A/D轉換器12視頻 採樣時鐘，RTSO-水平同步信號，RTSl-場同步信號，VPO7 0-數字視頻信號， 以上信號管教連接到CPLD11(型號為EPM7512AE)相應的I0接口，由CPLD11 的內部邏輯對圖像數據進行緩存和傳輸控制，包括雙SRAM讀寫埠切換模 塊的設計。由於視頻A/D只有並行數據的輸出埠，沒有地址和控制信號輸 出，CPLD11還產生SRAM的讀寫控制時序信號，將視頻A/D採樣得到的圖 像數據經過CPLD11的內部控制單元，寫入到SRAM中。第一 DSP10的 TD7 0-DSP數據信號，TEA20 2-DSP的地址信號，TCE2、 TCE3-DSP的片選 信號，DSP一OE-DSP讀取使能與CPLDll相連，構成SRAM的讀取通道，用 第一 DSP10的GPIO腳向CPLD11發送DSP—RDY-DSP已讀取圖像幀數據完 畢信號，為CPLD11內部的幀場切換模塊提供指示信號，每存儲完一幀圖像 數據，CPLDU內部計數器及場同步信號RST1和DSP一RDY信號共同決定了 SRAM的埠切換。SRAM14、 15(型號為CY7C1049B)具有4Mbits的容量， 足以容納完整的一幀圖像，SRAM與CPLD11相連的信號為A18 0-地址信 號，DO7 0-數據信號，CE-片選信號，OE-輸出使能信號，WE-寫入使能信號， 兩片SRAM的以上引腳分別與CPLD11相連，構成跟瞄處理模塊的圖像寫入 通道，以桌球方式工作時，兩者分別進行視頻A/D數據的寫入和第一DSP10 圖像數據的讀出。
當系統上電時，第一DSP10完成自身的初始化工作後，通過SAA7113(12) 的CE信號復位視頻A/D，通過CPLD11把SRAM的地址映射在第一 DSP的 CE2空間，內部的存儲單元由TCE2和地址引腳TEA20 2選通，由第一DSP 的DSP—OE輸出使能信號實現SRAM的讀取時序。
視頻A/D12通過IIC接口進行配置，第一 DSP10(型號為TMS320C6713B) 內部實現了兩個IIC接口，在本實用新型中，在第一DSPIO初始化完成和片 選視頻A/D12後，由第一 DSP通過IIC總線信號CCD—SCL、 CCD—SDA對視 頻A/D內部的寄存器進行設置，並最後觸發其工作。
下面說明本實用新型中跟瞄電路的第一 DSP10器件及其外圍電路，由視 頻A/D輸出的數字圖像數據經過CPLD11緩存到SRAM14、 15後，由第一 DSP10讀取數據，並按質心算法計算出反映對準誤差的信標光斑的脫靶量信 息。本實用新型的第一DSP10器件是美國德州儀器的TMS320C6713B，該第
一 DSP10是32位器件，採用浮點運算，內部有8個並行的指令執行單元，在 200MHz的時鐘頻率下，指令的執行速度達到1600MIPS，完全能夠滿足圖像 處理的大數據量計算的要求。本系統的跟瞄模塊的重要任務是從目標圖像中 提取出反映對準誤差的脫靶量信息，在第一DSPIO中實現的質心算法，雖然 不具備目標識別的能力，但計算簡單，有較高的定位精度，能實時的完成目 標對準偏差的計算。在理想情況下，質心定位精度可達0.05個像素，第一 DSP10器件將保存在SRAM14、 SRAM15中的圖像數據讀取，按其排列順序 把像素點數據值對應成為圖像的位置坐標的函數，用SDRAM16中保存算法 程序計算出信標光斑的質心坐標，並將轉換得到的脫靶量傳遞給MCU13 (型 號為MSP430F149)，由MCU13驅動步進電機以光閉環反饋方式跟蹤信標光 斑，實現整個系統的g艮瞄功能。其中用SDRAM16 (型號為MT48LC4M32B) 和Flashl7(型號為HY29LV160)構成第一DSP10運行所需的最小系統，Flash17 為引導程序存儲器，保存了第一DSP10運行所需的程序和數據，第一DSPIO 啟動時，由EDMA從外部存儲空間中將固定長度的代碼段拷貝到內部地址0 處執行。HPI4~3引腳選擇第一DSP10的引導模式，第一 DSPiO通過外存儲 器接口EMIF模塊與SDRAM16和Flashl7存儲器實現接口。同時，為了方便 第一 DSP10器件的仿真調試，本實用新型在硬體設計中加入了聯合測試行動 組JTAG接口，能夠實時中斷第一DSP10的執行，査看其內部寄存器的狀態， 在實驗中，利用CCS提供的實時數據交換插件RTDX，從目標第一DSP10系 統獲取圖像處理的結果，由於以上各電路均為常規電路，本文不再贅述。
這裡需要說明的是，第一 DSP10與MCU13之間的數據交換採用串行外設 接口 SPI，這是一種同步通信協議的接口，所有的傳輸都參考一個共同的時鐘。 本實用新型以第一 DSP10作為產生SPI時鐘的主設備，而MCU13為從設備， 跟瞄單元的啟動順序是，首先MCU13啟動，之後復位第一 DSP10(通過 DSP—RST信號)，第一 DSP10從Flashl7引導，第一 DSP10初始化完畢後， 由其IIC接口 ，用CCD—SCL和CCD—SDA兩根信號線初始化視頻A/D。MCU13 通過復用SPI接口與第一 DSPIO通信，獲取圖像處理的結果，SPI主設備第 --DSPIO採用其多通道緩衝串口 McBSP實現SPI接口的功能。在本實用新型 中，使用以下McBSP引腳實現SPI接口的功能SCK-同步時鐘信號，SS-從 機選擇信號，SIMO-主機輸出/從機輸入信號，SOMI-主機輸入/從機輸出信號。
用第一DSP10的McBSP串口通信時，可選擇的內部通知事件方式包括:DMA、 中斷和輪詢方式，SPI通知事件完成數據的雙向傳遞。由於需要傳遞的數據量 較小，本實用新型採用了中斷通知方式。
參見圖6，本實用新型的跟瞄模塊電路使用的MCU13 (型號為 MSP430F149)為德州儀器公司生產的16位微控制器，具有1MIPS的運算速 度，內部含有60Kbit的Flash和2Kbit的RAM，豐富的IO埠資源，能夠 完成大多數系統控制任務。MCU13具有兩個復用的通用同步異步收發USART 單元，能實現SPI接口功能。本實用新型使用USARTO作為SPI接口與DSP 通信。USARTO的SPI管腳與第一DSP10的McBSP通信時序能夠完全吻合， 在它們之間實現無縫連接的電路。MCU13的P3 口的4個管腳分別與第一 DSP10的SCK、 SS、 SIMO和SOMI信號相連接，並採用中斷信號作為SPI 接收數據通知事件。
本實用新型使用控制器區域網路CAN現場總線作為上、下位機的命令傳 輸通道，下位機的命令接收處理單元屬於跟瞄電路的MCU13模塊，由它根據 上位機通過CAN總線傳來的命令進行相關Gimbal下位接收機工作模式的設 置，包括控制Gimbal接收機的掃描方位，掃描角度的大小，具體的掃描方式， 第一 DSP10圖像捕獲算法的選擇等，而下位機也可以通過CAN總線，將接 收機的當前狀態反饋給上位機，以利用上位機分集接收信號的協調控制，CAN 總線能夠在許多條件惡劣或存在電氣幹擾的工業環境中應用，支持多主機網 絡連接，最大總線長度達lkm，通信速率為1Mbps。在本實用新型中，CAN總 線作為上位機的ARM控制器與8個下位Gimbal接收機的命令狀態傳輸通道。 利用CAN總線的優秀性能，要完成本實用新型的命令狀態傳輸綽綽有餘。硬 件上採用微控制器+獨立CAN控制器的方式實現CAN總線接口 ， CAN控制 器採用Philips公司的SJA1000 (18)，符合CAN2.0B通信標準，用CAN控制 器18與MCU13相連接，並採用異步時序邏輯，相連接的管腳包括 SJAD7 0-SJA1000的地址/數據復用管腳，nCS-片選信號，ALE-地址鎖存信號， nRD-數據讀取信號，nWR-數據寫入信號。本實用新型將CAN控制器18的INT 中斷信號和nRST復位信號與MCU13相連，使用MCU13中斷來處理上位機 的命令事件。CAN控制器18能實現信號的雙向傳輸，採用光耦6N137 (23、 24)與驅動模塊25 (型號為PCA82C250)相連，由CAN控制器18的Tx腳
輸出的信號，最終由總線驅動接口以差分數據信號的形式發送到CAN信道上 (如雙絞線)，而從CAN信道上傳來的差分數據信號，也首先由驅動接口接 收，經過光耦器件，傳送給CAN控制器18的Rx腳。
MCU13控制器的主要控制功能之一是控制Gimbal接收機的動力單元，通 過步進電機的轉動，驅動整個Gimbal接收機的機械結構進行三維轉動，實現 目標的搜索和跟蹤工作，兩個步進電機其中一個為方位角調整電機，另外一 個為俯仰角調整電機，兩者相結合，能使Gimbal探測器在全空間4ti立體角 內任意位置上進行定位和搜索。在本實用新型中，採用微控制器(MCU) 13+ 步進電機控制器(19、 20)實現四相電機的控制，步進電機控制器(19、 20) 採用L297D在整步/半步驅動模式下工作，輸入包括CLOCK-步進時鐘信號， CW/nCCW-電機順時鐘/逆時鐘轉動控制信號，HALF/nFULL-整步/半步控制信 號，ENABLE-片選信號，RESET-復位信號，HOME-初始相位指示信號。由於 L297D為5V供電，為了與MCU13的COMS電平兼容，應在兩者之間加入緩 衝器，如74LVT16245A， L297N (19、 20)輸出4相繞組的相位控制電壓A、 B、 C、 D，四相控制電壓由功率放大模塊21、 22 (型號為L298N)放大，該 功放模塊可驅動電壓46V，每相電流2.5A以下的步進電機工作，內含兩個H 橋高壓大電流雙橋驅動器，相位控制電壓輸入L298N (21、 22)，輸出為 0UTPUT4-1為功放後四相電壓的各繞組驅動電壓。MCU13通過通用10埠 P2和P4控制電機的運行方向和速度，而電機具體的轉動角度由第一DSPIO 送來的圖像脫靶量，按立體幾何關係計算得到步進電機在方位和俯仰兩個方 向上需要轉動的步數,然後由CLOCK引腳以負脈衝的形式去控制步進電機的 轉動。
MCU13在跟瞄電路上電時，將復位各功能器件，復位信號包括 SJA—RST-CAN控制器復位信號，DSP—RST-DSP復位信號，BRD—RST-引導 Flash復位信號，MT_RST1、 MT—RST2-步進電機控制器復位信號，此外， MCU13處理CAN控制器18的接收數據中斷信號SJA—INT0。
下面介紹本實用新型中的通信模塊2，本實用新型中下位Gimbal接收機負 責接收按PPM格式調製的光脈衝信號，採用數字方式接收和處理，前端系統 包括卡塞格林Cassegrain式收發兩用望遠鏡，作為系統的光學天線，安裝在可 作任意方向轉動的萬向軸Gimbal上，故下位接收機稱為Gimbal接收機。望
遠鏡接收光信號經過分束器分束， 一方面用於跟瞄模塊的目標位置信息輸入， 另一方面經過光學聚焦系統聚焦在高靈敏度，小視場的APD34器件上，實現 光信號到模擬電信號的轉換，APD34本身應具有增益和溫度控制電路，然後 對輸出的微弱光電流，首先以互阻抗低噪聲放大，之後加上帶自動增益控制 AGC的主放單元，輸出幅度符合A/D採樣要求的電壓信號。本實用新型是數 字光通信分集接收系統，能在最惡劣的光信道條件下工作。將數位訊號處理 算法用於信號檢測之前，通過數模轉換A/D31 (型號為TLC5510)把模擬通 信電信號數位化，A/D31為8位高速並行採樣晶片，最高AD轉換速率可達 20Mbit/s， AD採樣時序由CPLD30 (型號為EPM7512AS)產生。
參見圖3和圖7， CPLD30內部實現了 PPM數字鎖相環時鐘同步邏輯，鎖 相環在開始時從一幀寬度中選擇計數值最大的一個時隙作為脈衝所在時隙， 並在下一幀周期中調整本振信號的相位，另外，基於模擬信號檢測的部分把 被放大後的電信號一路輸入脈衝上升沿檢測電路(由比較器、延遲電路和單 穩態觸發器構成)，當PPM脈衝時隙起始上升沿到來時，進入一路比較器電 路，另一路則經過延遲電路後進入比較器和單穩態觸發器，兩路輸出信號相 與後，輸出一個觸發信號脈衝作為信號上升沿的確認信號，CPLD30中的時鐘 信號同步器將脈衝上升沿時鐘與本振時隙同步信號的相位差保存，在收到確 認信號PPM—AFFIRM後，將在下一時隙周期對時隙同步信號調整相位，保證 PPM檢測模塊能夠精確的與發送端的發送時鐘同步。在得到時隙同步信號後， 通過計數器分頻，即可得到PPM幀同步信號，同時，數字時隙同步鎖相環在 一個時隙周期內僅對脈衝上升沿信號響應一次，通過以上措施，能大大減小 噪聲和毛剌等幹擾信號對接收同步的影響。得到的時隙同步信號和幀同步信 號，用於採樣數據的PPM信號同步解調。脈衝上升沿檢測信號通過PPM_PUL 信號埠輸入CPLD30，脈衝確認信號由PPM—AFFIRM輸入鎖相環路，鎖相 環路的內部邏輯對同步時鐘進行調整。
數字鎖相環輸出的時隙同步信號的倍頻信號，最好以為8 10倍頻作為AD 採樣時鐘，由CPLD30的ADCLK埠輸出連接到A/D31採樣的時f懶率輸 入端。CPLD30讀取AD31變換後得到的8位數據，由於AD31採樣為5V的 TTL電平，而CPLD30為3.3V的CMOS.電平，設計中採用了 74LVT16245A 作為雙向總線隔離器36，與其相連的信號包括ADCLK-A/D31採樣時鐘信
號，ADOE-A/D31輸出使能信號通過隔離器與A/D31相連，而A/D31數據信 號ADD8-1也經過隔離fl連接到CPLD，隔離器的兩個輸出方向信號DIR1、 DIR2由CPLD30控制。
本實用新型採用了先入先出緩存第一 FIF032技術，減少第二 DSP37用於 10採樣數據的時間，由CPLD30的讀寫時序把採樣數據保存到第一 FIF032 中(型號為IDT72V06)，第二 DSP37通過EMIF接口讀取第一 FIF032中保 存的數據。CPLD30工作在全局50MHz時鐘頻率下，第一 FIF032與CPLD30 相連接的管腳包括F1D8 0-FIFO的並行數據輸入，F1Q8 0-第一FIFO的並 行數據輸出，FIFOW-第一 FIF032寫入信號，FIFOR-FIF032讀取信號， HF-FIF032半滿信號，EF-FIF032為空信號，FF-FIF032為滿信號，RT-讀指 針復位信號。CPLD30內部控制邏輯把A/D採樣數據通過FlD8 0寫入FIFO32 中，並監控HF、 EF和FF等信號，當己保存的採樣數據達到某數量時，向第 二 DSP37(型號為5509AGPE)發FIFO中斷信號，信號為FIFO—INT， FIF032 數據量已足夠的通知信號，第二DSP37收到通知事件後，採用DMA的方式 通過CPLD30從FIF032中讀取若干PPM幀的數據。
參見圖3和圖8， Gimbal下位接收機的通信信號處理器件採用德州儀器的 TMS320VC5509A定點運算第二DSP37，最大時鐘頻率200MHz，能提供比原 54x系列高得多的性能，在下位機中用於AD採樣信號的去噪和數字濾波。去 噪算法採用了小波分解軟閾值去噪技術。實現信號成分與噪聲成分相分離， 提高PPM採樣信號的信噪比。第二 DSP37的另一個功能是將採樣信號根據時 隙同步和幀同步信號進行累加和打包，並從10BaseT乙太網絡發送到上位接 收機，此時第二DSP37輸出的是時隙速率的PPM數位訊號，在上位機中進行 分集均衡處理。
參見圖8，第二 DSP37與CPLD30相連的信號包括DSPD15 0-第二 DSP37 外部數據總線，DSPA13 0-第二DSP37外部地址總線，CE1、 CE2-FIF032和 乙太網控制器選通信號，DSP—R、 DSP—W-第二 DSP37的異步讀寫信號， FIFO一INT-FIF032緩存中斷通知信號，ETHJNT-乙太網接收數據中斷通知. 8019—RST-乙太網控制器復位信號，8019j:S-乙太網控制器片選信號。第二 DSP37用CE1和地址信號通過CPLD30選通FIF032，然後以異步方式讀取 FIF032的內容， 一次讀取若干PPM幀，CE2配合地址總線信號選通乙太網
控制器，並將待發送的數據傳送到乙太網控制器33內部的SRAM中，通過設 置控制寄存器，啟動乙太網發送數據，乙太網控制器接收數據後，以中斷方 式，信號為ETH—INT通知第二DSP37，乙太網以長的數據列構成乙太網物理 幀，特別適合PPM符號的傳輸，即可將若干PPM符號構成一數據列，再由 乙太網控制器進行打包，按照控制協議傳送，這完全由控制器硬體電路完成。 乙太網控制器的初始化由第二 DSP37控制，信號為8019_RST和8019—CS， 同時第二 DSP37還負責控制A/D31和FIF032的選通。第二 DSP37的核心電 路由SDRAM38(型號為MT48LC4M16A)和串行SPI EPROM39(型號為 CAT25C256)構成，第二 DSP37通過EMIF接口直接與16位的SDRAM38相 連，串行EPROM39則使用第二 DSP37的McBSP (多通道緩衝串口 )，第二 DSP37的引導模式由外部引腳GPIO3-0的電平設置，用跳線開關進行控制， 同時為了第二DSP37器件的調試仿真方便，在硬體設計中，加入了JTAG接 口，以上電路為常規電路，本文不再贅述。
本實用新型中上位接收機分別接收8個下位Gimbal通信接收機檢測的光 電數位訊號，下位機檢測的PPM信號以數字方式發送給上位接收機，考慮到 系統的複雜性、連接的可靠性，網絡的有效長度和速度等因素，選擇乙太網 Ethernet41作為上下位機之間的通信網絡，採用帶衝突檢測的載波偵聽多路復 用協議方式通信。採用的乙太網控制器33為RTL8019AS， 5V電壓供電，支 持10Mbps的乙太網標準IEEE802.3 ， 10BaseT，在以後系統升級時，可考慮 採用更高速的100M以上乙太網接口控制器。本實用新型中乙太網控制器由第 二 DSP37的CE2和地址信號通過CPLD30選通，第二 DSP37的外部存儲器 接口EMIF經過緩衝器(型號為74LVT8245)後與乙太網控制器33相連，相 連的信號包括ETHD7 0-雙向數據總線，ETHA4 0-地址總線，8019—RST、 8019—CS-控制器復位和片選信號，8019R、 8019W-異步讀寫信好。乙太網控 制器中斷信號ETH—INT與DSP的INT1外部中斷相連，使用第三DSP46中 斷來處理乙太網控制器事件，乙太網控制器33使用93C46(35)配置，在復位 後即讀取93C46(35)的配置內容。乙太網的收發數據管腳r屍八—± 、 LPOLT土與 包含兩個傳輸變壓器的20F001N雙絞線驅動收發器34相連，將系統連接到 10BaseT乙太網信道上，連接的接口採用UTP(無屏蔽雙絞線)的RJ-45接口 。
下面介紹本實用新型分集光通信接收系統的上位分集接收機電路模塊3，
在本實用新型中上位接收機收集8個下位Gimbal通信接收機以非相干陣列方 式接收到的同一目標發出的脈衝位置調製PPM光信號，該信號可能是經過了
濃密的雲層、擾動的大氣湍流、波濤起伏的洋面、百米深的海水，最終才能 到達接收機的探測器。在最嚴酷的空間光信道下，光信號的強度可能已被嚴 重削弱，波形發生了很大的畸變，充斥著背景光幹擾信號，本實用新型利用 先進的數字電子技術和處理算法，用8個下位Gimbal通信接收機以陣列方式 接收光信號，在上位處理機中，使用空間均衡算法使有效接收光信號能量集 中到實際通信時隙中，以此提高PPM信號解調的準確度，並採用Reed-Solomon 糾錯碼來糾正解調過程中的可能錯誤，通過計算機仿真表明對提高接收機的 性能效果很好。
參見圖4和圖9，本實用新型中分集接收陣列數位訊號的方法是採用 10BaseT的乙太網絡連接，上位機的乙太網接口控制器41 (型號為 RTL8019AS)通過傳輸變壓器20F001N (43)連接到雙絞線乙太網信道，用 標準的乙太網物理傳輸幀格式通信，管腳信號包括ETHD7 0-雙向數據信號， ETHA4 0-地址信號，8019—RST、 8019—CE-復位和片選信號，8019—R、 8019—W-8019讀寫信號，ETHJNT-接收數據中斷通知。CPLD40 (型號為 EPM7512AE)通過緩衝器對乙太網控制器保存的輸入數據進行異步讀寫，讀 寫信號的時序和地址(循環累加)由CPLD40內部邏輯產生，CPLD40把以太 網控制器內部SRAM中的若干PPM幀數據讀取並保存到FIF044 (型號為 IDT72V06)中，乙太網控制器41接收另一信道數據，再由CPLD40讀取， 如此循環。CPLD40把讀取的數據保存在FIF044中，FIF044與CPLD40相 連接的管腳為FD8 0-FIFO的輸入數據信號，FQ8 0-FIFO44的輸出數據信 號，HF-FIFO半滿信號，FF-FIFO滿信號，EF-FIF044空信號，FIFOR， FIFOW-FIF044異步讀寫信號，RT-FIF044讀指針復位信號，RST-FIF044復 位信號。CPLD40每次從乙太網控制器讀取一個8位數據，並立即以異歩方式 用FIFOW信號，從FD7 0數據總線把數據寫入FIF044中，FIF044內部存 儲狀態由三個狀態信號EF、 FF、 HF反饋給CPLD40。在乙太網收發數據過程 中，接收數據是按Gimbal接收機序號循環排列的，因此分集信道數據在 FIF044中也是按8信道順序有序排列的，用於分集均衡處理的DSP46 —次從 FIF044中8信道的若干PPM幀長度數字序列作為輸入數據，CPLD40根據FIF044的存儲狀態信息，向第三DSP46發送FIFO_INT中斷通知，CPLD40 的異步存取時序由外部50MHz的振蕩器驅動，振蕩器的輸出接GCLK1腳， 另外，為了對CPLD40的調試方便，給CPLD40加上了 JTAG接口。
參見圖10，本實用新型中第三DSP46負責運行信道分集空間均衡算法， 目的是使多信道陣列接收信號的能量集中到有效時隙內，提高通信解調的正 確性，儘量減小通信的誤碼率。選用的第三DSP46晶片也是德州儀器的產品， 型號為TMS320VC5509A，運行在200MHz。第三DSP46經過CPLD40讀取 FIF044中的數據，與CPLD40相連的管腳包括DSPD15 0-DSP外部數據信 號，DSPA13 0-DSP外部地址信號，FIFO—INT-FIF044讀取中斷通知信號， DSP—WR-DSP異步寫入信號，DSP一RD-第三DSP46異步讀取信號，CE1-RS 解碼器FIF049選信號，CE2-輸入FIF044選擇信號,8019j:S-GPI0管腳設置 的8019片選信號，8019—RST-GPIO設置8019復位信號，ETH—INT-乙太網控 制器初始化信號。第三DSP46運行空間均衡算法，由FIF044提供輸入數據， DSP採用DMA方式從數據總線和地址總線，以異步方式用DSP一RD信號從 FIF044中讀取通信數據，讀取過程由FIFO—INT中斷事件觸發，第三DSP46 上運行的空間聯合均衡算法是把8路信道數據作為一個整體輸入均衡器，均 衡器採用自適應MMSE優化準則或RLS優化準則，通過調整數字濾波器各抽 頭的參數，使濾波器自動匹配於當時當地的光信道狀態，以此來消除不良的 空間信道效應影響。計算機仿真表明，在高斯白噪聲信道，信道存在ISI幹擾 的情況下，使用空間分集均衡算法，只需要增加接收信道的數量，就能夠有 效的降低通信系統的無碼率。另外第三DSP46還負責對乙太網控制器的初始 化工作，由DSP46的GPIO引腳與CPLD40相連，設置ETH—INI信號，第三 DSP46的另外兩個GPIO管腳分別作為乙太網控制器41的復位和片選信號與 8019相連，ETH—INI為高電平，第三DSP46的數據、地址總線和異步讀取信 號被CPLD40映射給乙太網控制器41，由第三DSP46完成對控制器的配置。 之後ETH—INI取電平，DSP46的片選信號CE1、數據、地址總線被CPLD40 映射給FIF044，第三DSP46進行常規的通信數據讀取，同時CPLD40內部邏 輯完成乙太網控制器的數據讀出和保存。此時網絡數據中斷通知ETHjNT由 CPLD40處理。在第三DSP46完成一段PPM符號的處理和解調後，按RS編 碼幀的格式送入下級電路進行RS解碼，在RS解碼器之前，採用FIF049作
為數據緩存接口 。第三DSP46的片選信號CE1選通FIF049,使用DMA方式 從數據總線把一RS數據幀異步寫FIF049中。CPLD (40)與FIF049相連的 信號為FD2.8~0-FIFO49數據總線，FIF049W、 FIF049R-FIF049異步讀寫 信號，HF2、 EF2、 FF2-FIF049的存儲狀態信號，RS2、 RT2-FIF049的復位 和讀指針復位信號。第三DSP46的核心電路與下位機通信DSP電路類似，包 括與SDRAM45(型號為MT48LC4M16A)和EPI EPROM47 (型號為 CAT25C256)的連接，為仿真調試方便，加入了 JTAG接口，這些電路都是常 規電路，本文不再贅述。
參見圖10，為了進一步降低本實用新型系統的通信誤碼率，在本文的空間 光通信體系中引入了著名的Reed-Solomon糾錯編碼，有很強的信號糾錯能力。 光PPM信號經過前面兩塊DSP器件的濾波、去噪和空間均衡處理後，已經達 到了物理信號處理手段所能提升通信質量的極限，在本文的方案中，以 Shannon的資訊理論為基礎，適當的增加信息的冗餘程度為代價，從系統的整體 信息傳輸方面入手，採用RS糾錯編碼為信息符號加入適當的糾錯符號，來實 現本系統在最嚴酷通信環境下達到儘可能好的通信質量。RS解碼器位於 DSP46之後，其輸入數據通過讀取第三DSP46緩存在FIF049中的RS幀格式 符號得到，RS解碼器本身規模較大，在本文中，採用Altera公司的大規模FPGA 器件構建，FPGA48的型號為Cyclone EPIC 12Q，包含了 12， 060個Les，大 約有20萬門，足以應付最複雜的RS解碼器設計需要，與FPGA48相連接的 信號包括FQ2.7 0-FIFO49的輸出數據信號，FIF049_RD-FIF049異步讀取 信號，FIF049JNT-FIF049接收數據中斷通知，RS—CS-RS解碼器的選通信號， ARMD7 0-ARM外部數據信號，ARMA3 0-ARM的地址總線信號， GCS3-ARM的第3存儲空間段選通信號，RS—RST-FPGA的內部RAM讀指針 復位信號，ARM—OE-ARM異步讀取FPGA48內部RAM信號，RS_DONE-RS i華碼完畢中斷通知信號。在FPGA48進行RS解碼之前，首先從FIF049(49) 中讀取一 RS幀大小的PPM符號數據，當FIF049—INT緩存數據準備完畢中 斷消息到來時，啟動由累加器控制的RS解碼讀數進程，累加器既作為計數器， 義作為內部RAMI地址的發生器，以讀滿一RS幀為準，之後復位累加器， 讀取進程休眠，直到新的讀取通知到來。同時，RS解碼進程啟動，將RAM1 中保存的編碼數據解碼，具體算法為Berlekamp-Massey算法，該算法進程實
現RS解碼。RS解碼包括以下幾個相接單元模塊校正子的計算；BM迭代
過程的實現；Chien搜索電路等。在RS解碼過程中採用了狀態機和流水線等 技術，提高了解碼器的運行效率。在RS解碼進程完成解碼後，把結果保存在 RAM2中，並向ARM51讀取進程向ARM51開放接口。 RS—DONE中斷信號 通知ARM51本次RS幀解碼已經完成，ARM51接到中斷信號後，首先用 RS_RST信號復位RAM2的讀指針，再用異步讀信號ARM一OE驅動FPGA48 內部的讀取進程，把RAM2的數據放置到ARM51的數據總線上ARMD7 0 上,FPGA48讀取進程的讀取使能由ARM51的GCS3存儲空間選擇信號選通， 在沒有被選中時，讀取進程不啟動，ARMD7 0總線為高阻。FPGA48的上電 初始化由ARM51的RS一CS信號控制，當RS—CS觸發後，FPGA48自動開始 配置，配置晶片為EPCS4，採用同步串行被動(PS)方式進行。另外，本實 用新型在硬體設計中加入了 JTAG接口，以方便FPGA48的調試，由於這是常 規電路，本文不再贅述。FPGA48的時鐘採用外接50MHz振蕩器提供，並由 內部PLL倍頻後作為全局時鐘信號使用。
參見圖ll，在本實用新型中，使用32位的ARM處理器51作為整個系統 的核心控制器，具體型號為韓國三星公司的S3C44B0X (內含ARM7TDMI內 核)，最高時鐘頻率為66MHz，主要功能為控制整個系統的工作狀態(通過 CAN現場總線傳遞命令信號)，通過LCD顯示屏57以字符或圖像的形式把當 前通信內容顯示出來，用RS232串口 54和USB接口 55與PC機互連通信， 在本接收系統和PC之間傳遞數據命令和狀態信息。通過行列式4*4鍵盤58 輸入實現對接收系統工作狀態的手動設置和調整。ARM控制器51上電後， 復位各個功能模塊，ARM51的GPIO埠輸出SYS_RST系統復位信號脈衝， CPLD40分別產生RS—RST-RS解碼器FPGA48復位信號，DSP—RST-DSP重新 復位引導信號，D12—RST-USB控制器復位信號。ARM51與LCD控制器的接 口信號為VD7 0-三態圖像數據總線，VFRAME-LCD圖像幀同歩信號， VLINE-LCD的圖像行同步信號，VCLK-LCD的圖像像素輸出時鐘信號， VM-LCD變極性信號，用於轉變行列電壓的極性，實現像素的亮滅開關，此 時LCD顯示器以掃描方式工作。ARM51在接收到通信數據後，通過LCD57 接口把信息顯示出來，同時也可以顯示當前系統的工作模式和通信狀態，指 導用戶使用鍵盤控制系統的運行。ARM控制器51與USB控制器55 (型號為
PDIUSBD12)相連接的信號為ARMD7~0-ARM51數據總線信號，AO-數據 /命令選擇信號，D12—RST-USB控制器復位信號，ARM—RD-ARM異步讀取信 號，ARM—WR-ARM51異步寫入信號，D12_CS-USB控制器55片選信號。 USB控制器55的最高速率可達2Mb/s， USB接口電路將從ARM51數據總線 上的數據轉換成USB的PID數據包，以差分信號的形式有D+、 D-數據線發 送到USB信道上，PC機也可以通過USB信道給通信系統發送數據包，由USB 控制器D12接收，通過D12—INT中斷通知ARM控制器51。 CAN總線控制 器56 (型號為SJA1000)與ARM51相連的信號為ARMD7~0-ARM51雙向 數據總線信號，CAN—CS-CAN控制器56片選信號，ALE-地址鎖存信號，RD-異步讀取信號，WR-異步寫入信號，CANJNT-數據接收中斷信號。ARM51 將向下位機的控制信號通過CAN控制器56的TxD+、TxD-以差分信號的形式， 經由網絡發送變壓器59發送到10BaseT的乙太網信道。下位機的狀態信號也 在10BaseT的乙太網信道上傳輸，經過網絡接收變壓器被CAN控制器56的 RxD+、 RxD-管腳接收。
本實用新型全數位化空間光通信陣列信號分集接收系統，經分析和初步實 驗有望在任何時間、任何地點、任何條件下，實現兩通信節點間的高速數據 鏈路級通信連接。
權利要求1、一種全數位化空間光通信陣列信號分集接收系統，其特徵在於包括一個上位接收機和多臺安裝在各自的萬向軸旋轉機構上的下位通信接收機，每臺下位通信接收機具有下位機跟瞄模塊(1)和下位機通信接收模塊(2)，上位接收機具有上位機信號處理模塊(3)所述的下位機跟瞄模塊(1)的構成為視頻模數變換器(12)與電荷耦合器件探測器(9)相連，通過第一複雜可編程邏輯(11)連接第一靜態隨機存儲器(14)和第二靜態隨機存儲器(15)，第一數位訊號處理器(10)通過所述的複雜可編程邏輯器(11)連接到第一靜態隨機存儲器(14)和第二靜態隨機存儲器(15)，微控制器(13)與第一數位訊號處理器(10)相連，該微控制器(13)分別連接第一控制器區域網路控制器(18)和下位通信接收機安裝的萬向軸軸旋轉機構的步進電機驅動器(19)，第一數位訊號處理器(10)與同步動態隨機存儲器(16)和快閃記憶體(17)相連；所述的下位機通信模塊(2)的構成是雪崩光電二極體(34)與模數變換器(31)相連，該模數變換器(31)通過第二複雜可編程邏輯(30)與第一先入先出緩存(32)相連，第二數位訊號處理器(37)通過第二複雜可編程邏輯(30)連接到乙太網控制器(33)，第二數位訊號處理器(37)和第一先入先出緩存(32)相連，第二數位訊號處理器(37)與同步動態隨機存儲器(38)和串行可擦除只讀存儲器(39)相連；上位機信號處理模塊(3)的構成為第三數位訊號處理器(46)通過第三複雜可編程邏輯(40)分別連接到乙太網控制器(41)、第二先入先出緩存器(44)和第三先入先出緩存器(49)，第三先入先出緩存器(49)與現場可編程門陣列(48)相連，現場可編程門陣列(48)與先進精簡指令集處理器(51)相連，該先進精簡指令集處理器(51)分別連接第二控制器區域網路控制器(56)、液晶顯示器(57)和通用串行總線控制器(55)，第三數位訊號處理器(46)與同步動態隨機存儲器(45)和串行可擦除只讀存儲器(47)相連；所述的下位機跟瞄模塊(1)通過控制器區域網路總線與上位機信號處理模塊(3)的第二控制器區域網路控制器(56)相連，下位機的通信模塊(2)的乙太網控制器(33)通過乙太網與上位機信號處理模塊(3)的乙太網控制器(41)相連。
2、根據權利要求1所述的全數位化空間光通信陣列信號分集接收系統， 其特徵在於所述的上位機信號處理模塊(3)還設有通用串行接口，該接口可 通過通用串行總線與其它計算機相連。
專利摘要一種全數位化空間光通信陣列信號分集接收系統，其特點是包括一個上位接收機和多臺安裝在各自的萬向軸旋轉機構上的下位通信接收機，每臺下位通信接收機具有下位機跟瞄模塊和下位機通信接收模塊，上位接收機具有上位機信號處理模塊，每臺下位通信接收機獨立地在全空間角對信號源掃描和跟蹤，並與之通信。本實用新型採用多接收機組成接收陣列方案，能夠應用在條件嚴酷的空間雷射信道中，包括衛星的大氣海洋信道，水下目標的海水信道。能以數位訊號形式，綜合傳輸文字、圖像和語音信號，用於民用或軍事目的高可靠性雷射通信。
文檔編號H04L12/28GK201001127SQ20062004959
公開日2008年1月2日 申請日期2006年12月27日 優先權日2006年12月27日
發明者波 梁, 陳衛標 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所