无线激光通信ATP中高速图象采集系统设计

• 作 者: 秦世博
• 机 构: 中国科学院上海光学精密机械研究所
• 出 处: 中国科学院上海光学精密机械研究所
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 无线激光通信 ATP系统 位置传感器 电荷耦合器件 图象采集帧速率 现场可编程门阵列

ATP(Acquisition、Tracking、Pointing)技术是无线激光通信的关键技术之一，它的准确率、速度等性能指标直接影响到整个系统通信的质量。ATP系统的位置传感器是该系统闭环控制反馈的提供者，其位置反馈的速度和准确性决定了ATP系统的整体效果，因此位置传感器是ATP系统乃至整个无线激光通信系统的最关键的组成部分之一。　　
可以用作位置传感的器件有很多种，比如PSD(Position SensitiveDetecfor)、QD(Quadrant Detector)、CCD(Charge Coupled Device)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)图象传感器等。由于CCD器件具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、空间自扫描等优点，它在位置传感技术中应用非常普遍，尤其在ATP系统的位置传感器中更加适用。　　
本文首先对CCD和其他常见位置传感器件在工作原理、性能指标以及适用领域等方面进行深入的分析，指出各种器件应用于ATP系统中的优势和劣势，阐明CCD用作ATP位置传感的优势和本论文采用CCD做ATP位置传感器的原因。然后，在不影响CCD的优势发挥的前提下，针对CCD的帧速率较慢的缺点，提出一种提高其帧速率的方法，在细致分析其可行性之后，得出该方法使得CCD的图象采集速率从几十赫兹提高到几千赫兹的定量计算结果。最后，在理论分析和原理设计的基础上，开发了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高帧速率图象采集系统，并且详细阐述各个组成部分的软硬件实现，并给出测试结果。　　
本论文对CCD应用技术的多个环节做了深入的探讨和反复的尝试，将FPGA技术和CCD图象采集技术有机的结合起来，使得CCD驱动脉冲时序得到灵活控制，实现了CCD的“子窗口”工作模式，从而大幅提高了CCD的采样速率，同时还完成了CCD视频信号的采集和处理等方面的工作。