一种星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机及方法。本发明专利技术将探测器驱动与数据处理、目标检测与提取、振镜控制跟踪三部分功能在软硬件两方面进行集成设计，能够降低脱靶量延时，提高系统闭环控制带宽，进一步提升PAT系统的跟踪精度。该相机的基本工作原理是：短波红外探测器接收从精信标光，在模拟电压与FPGA芯片的数字时序激励下，完成对精信标光的探测与输出，该输出信号经过放大电路与模数转换电路的处理，形成数字图像信号进入FPGA芯片。FPGA芯片内部对数字图像数据进行预处理、高精度光斑提取、振镜控制等一系列处理，输出数字量至数模转换器产生控制电压，最终控制精跟踪振镜完成高精度、低延时的精信标光跟踪。

A camera and method for target extraction and tracking in the inter satellite laser communication PAT system

【技术实现步骤摘要】
一种星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机及方法
本专利技术涉及空间激光通信领域，具体涉及一种星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机及方法。
技术介绍
星间激光通信系统出于高速率、低功耗、远距离的考虑，其通信光往往会以接近衍射极限发射(10μrad～30μrad)。受星间相对运动、卫星平台振动、卫星姿态等因素的影响，星间很难直接利用角度极窄的通信光完成高速通信链路的建立与保持。为了实现链路距离长达数万公里的星间高速激光通信，必须采用初始指向(Pointing)、光束扫描捕获(Acquisition)、光束跟踪(Tracking)系统，即PAT系统来保证星间通信链路的快速建立和稳定保持。PAT系统的初始指向是指利用卫星的位置和姿态信息，实现通信链路双方的光轴初步对准的过程。由于存在指向误差，该过程只能确保光轴指向对方可能出现的不确定区域内。光束扫描捕获是指通信链路的发射端发出大角度的粗信标光(与通信光同轴)来扫描接收端所处的不确定区域，接收端探测到该信标光的同时发射己方粗信标光，使得通信双方均探测到粗信标光的过程。扫描捕获过程初步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机，其特征在于：包括前端探测部分、后端处理部分、线缆以及稳压部分；/n前端探测部分包括短波红外探测器、运算放大器以及模数转换器驱动器；/n短波红外探测器接收精信标光，并对精信标光进行光电转换，输出电压信号至模数转换器驱动器；模数转换器驱动器将电压信号转换为差分模拟信号；运算放大器为模数转换器驱动器的差分输入提供基准；/n后端处理部分包括基准电压源、模数转换器、晶振、FPGA芯片、回读刷新芯片、Flash闪存、SDRAM芯片、LVDS接口芯片以及数模转换器；/n模数转换器通过线缆接收模数转换器驱动器发送的差分模拟信号，模数转换器对差分模拟信号进行采...

【技术特征摘要】
1.一种星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机，其特征在于：包括前端探测部分、后端处理部分、线缆以及稳压部分；
前端探测部分包括短波红外探测器、运算放大器以及模数转换器驱动器；
短波红外探测器接收精信标光，并对精信标光进行光电转换，输出电压信号至模数转换器驱动器；模数转换器驱动器将电压信号转换为差分模拟信号；运算放大器为模数转换器驱动器的差分输入提供基准；
后端处理部分包括基准电压源、模数转换器、晶振、FPGA芯片、回读刷新芯片、Flash闪存、SDRAM芯片、LVDS接口芯片以及数模转换器；
模数转换器通过线缆接收模数转换器驱动器发送的差分模拟信号，模数转换器对差分模拟信号进行采样、模数转换后，将数字信号传输至FPGA芯片；基准电压源为模数转换器提供共模基准电平；
FPGA芯片用于对短波红外探测器进行时序控制和图像预处理、对精信标光斑的检测与位置提取以及计算振镜控制信号；
晶振作为时序同步源为FPGA芯片提供系统工作时钟；
回读刷新芯片用于对FPGA芯片进行动态刷新或程序重载，同时还作为接口控制芯片，实现FPGA芯片上电程序加载和在轨软件重构；
Flash闪存用于存储FPGA芯片的上电加载程序以及探测器校正参数；
SDRAM芯片用于对FPGA芯片数据处理过程中的数据进行缓存；
LVDS接口芯片用于接收相关控制指令数据、发送相机状态数据，发送图像数据，接收软件重构数据用于在轨软件重构；
数模转换器用于将FPGA芯片计算出的振镜控制数字信号转换为运动控制模拟信号并传输至外部精跟踪振镜；
稳压部分分别向FPGA芯片、回读刷新芯片、LVDS接口芯片、短波红外探测器、模数转换器驱动器以及模数转换器提供稳定电压。


2.根据权利要求1所述的星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机，其特征在于：所述稳压部分包括开关稳压器以及低压差线性稳压器；
开关稳压器为FPGA芯片提供1.2V和3.3V电压，该3.3V电压同时为回读刷新芯片和LVDS接口芯片的供电；
低压差线性稳压器为FPGA芯片提供2.5V电压，为短波红外探测器提供3.6V、1.8V电压，为模数转换器提供2.5V电压、为模数转换器驱动器提供4.3V电压。


3.根据权利要求1所述的星间激光通信PAT系统的目标提取与跟踪相机，其特征在于：所述FPFA芯片中运行的程序模块包括图像预处理程序模块、目标检测与提取程序模块以及振镜控制程序模块；
图像预处理程序模块用于对数字图像信号进行预处理；
目标检测与提取程序模块从预处理后的数字图像信号中提取精信标光的质心；
振镜控制程序模块对精信标光质心进行处理，生成振镜控制信号。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥笙，韩俊锋，常志远，李治国，陈耀弘，谢小平，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61