基于TMS320DM642在移動(dòng)平臺ATP技術(shù)中的應用

1 引言

空間光通信采用激光作為載波。與傳統微波通信相比，空間光通信具有傳輸容量大、方向性強、傳輸速率大、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，在衛星和航空航天等大容量通信方面具有巨大的應用前景。但由于激光具有波束窄、發(fā)散角小的特點(diǎn)，空間太陽(yáng)、月亮等星體背景光的干擾，加之遠距離通信信道對光信號的極大衰減等因素，因而空間光通信能夠快速實(shí)現衛星、飛機等空間移動(dòng)平臺的捕獲、跟蹤和瞄準(Acquisition，Track—ing，Pointing，簡(jiǎn)稱(chēng)ATP)，并建立穩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ATP技術(shù)的應用設計。

2 系統硬件設計

2．1 ATP系統架構

為了模擬實(shí)驗空間移動(dòng)平臺ATP過(guò)程，設計一套地面模擬ATP系統。整個(gè)系統分為圖像處理模塊、電機控制及驅動(dòng)模塊、二軸電控轉動(dòng)平臺、光學(xué)系統等，如圖1所示。圖像處理模塊核心是圖像處理器件。采用TMS320DM64(簡(jiǎn)稱(chēng)DM642)作為圖像處理器，該器件是TI公司推出的一款針對多媒體處理應用的高性能定點(diǎn)DSP器件，它具有C64X內核，指令集與(264X全面兼容，其內部工作時(shí)鐘達600 MHz，指令執行速度高達4 000~4 800 MI/s，它擁有3個(gè)獨立配置的視頻端口，可獨立配置為視頻采集或顯示端口，采用EDMA方式快速地在存儲器與視頻端口之間傳輸視頻信號，另外DM642還擁有多路音頻端口(McASP0)，32位主機接口(HPI)，PCI總線(xiàn)接口，16位通用I／O端口(GPIO)，3個(gè)定時(shí)器以及I2C總線(xiàn)模塊。DM642對CCD采集的圖像信號進(jìn)行圖像處理和分析，判斷信標光是否進(jìn)入視場(chǎng)，并利用灰度直方圖算法計算目標與背景間的閾值，再利用質(zhì)心算法得出信標光坐標，并將信息實(shí)時(shí)傳輸給電機控制部分。

電機控制器采用專(zhuān)門(mén)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(xiàn)執行結構，嵌入式操作系統移植性強。根據DSP處理后的信息調整載有CCD的二軸電控轉動(dòng)平臺。

電機驅動(dòng)器采用新型的雙極性恒流斬波驅動(dòng)技術(shù)，光電隔離信號輸入，自動(dòng)半流，可設置最大2 A電流和最大125級細分，振動(dòng)和噪聲小。

二軸電控轉動(dòng)平臺按照水平和俯仰兩個(gè)方向轉動(dòng)，其水平方向無(wú)最大角度限制，而俯仰方向接近360°，通過(guò)ARM控制器實(shí)現該轉動(dòng)平臺的方位和俯仰角的精密轉動(dòng)。驅動(dòng)器為最大值128細分時(shí)，其方位和俯仰角的轉角精度達2．725μrad和1．635μrad。

光學(xué)系統由信標光發(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(chǎng)角為3°x3°。CCD安裝于二軸電控轉動(dòng)平臺，相當于光學(xué)天線(xiàn)，用于接收光信號，通過(guò)ARM電機控制實(shí)現CCD的全空間掃描和信標光接收。信標光置于單片機控制的小車(chē)，模擬實(shí)現空間移動(dòng)平臺的運動(dòng)。