基于LINUX的光通信粗瞄单元测试系统的设计与实现

论文摘要

空间光通信的实现,最根本的要求是具有可靠与稳定的通信链路,在通信过程中,激光束的精确对准是基于APT（acquisition, pointing and tracking）系统,即捕获、瞄准与跟踪系统实现的。APT系统分为粗瞄单元和精瞄单元,它是整个空间光通信设备的关键设备,在APT系统粗瞄单元的设计、调试过程中,一套专门的测试设备是必不可少的,它可以有效地缩短粗瞄单元的设计周期,降低因整个系统各模块进度不一致而引起的时间浪费。测试系统主要负责向粗瞄单元发送控制命令,控制粗瞄单元运行,并实时收集粗瞄单元各模块的状态信息,通过分析各模块的数据,对粗瞄单元的调试、误差分析与系统改进提出指导行意见。本文详细论述了整个测试系统硬软件的设计思路与实现过程。为提高系统的稳定性与可操作性,系统采用三层结构进行设计,分别是硬件层、操作系统层以及应用软件层。硬件层是整个系统运行的基础,系统以基于ARM9内核的S3C2410为核心进行设计,设计并实现了RS-232、RS-485以及USB通信接口,640×480象素的触摸屏以及高速的RAM和FLASH存储空间;测试系统的操作系统层是基于嵌入式Linux进行开发的,选用的内核是Linux2.6.8,本文详细给出了嵌入式系统的内核与文件系统加载过程,论述了测试系统嵌入式Linux内核的裁剪与移植、BootLoader的开发、Cramfs文件系统的制作以及系统部分驱动的实现过程;系统的应用软件层是基于QT嵌入式跨平台开发环境设计的,测试系统的软件处于人机交互的最上层,采用了双进程的设计思路,进程1主要负责主控界面的显示,数据更新、数据接收等人机交互工作,进程2主要负责测试系统与粗瞄单元的数据通信,以及对解包、打包等数据处理工作,进城间通过信号与槽机制进行通信,本文详细讨论了QT开发环境的建立、测试系统的通信协议以及软件各功能模块的实现过程。在论文的最后,用测试系统分别对粗瞄单元进行了初始化测试、预瞄准测试以及螺旋扫描测试,测试结果显示,测试系统工作正常、能够实现对粗瞄单元的测试功能,达到了设计要求。最后,本文提出了运用自适应小波去噪对粗瞄单元控制误差进行分析与诊断的方法,分析结果表明,码盘中跳码的存在,使系统的控制误差增加了一个数量级,达到120μrad,若能去掉码盘中的跳码,系统的控制精度将达到30μrad之内,在此基础上,若能滤除码盘中的噪声信号,则系统的控制精度将进一步提高,去掉码盘中的噪声信号之后,系统的控制误差出现了明显的收缩。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义
• 1.2 国内外嵌入式系统发展现状
• 1.3 论文的主要内容及章节安排
• 第2章 系统硬软件平台及小波分析理论
• 2.1 S3C2410 简介
• 2.2 嵌入式Linux 操作系统
• 2.3 QT 简介
• 2.4 小波简介及其在信号处理中的应用
• 2.5 本章小节
• 第3章 嵌入式linux 操作系统的移植
• 3.1 嵌入式Linux 引导加载过程
• 3.2 嵌入式Linux 的移植
• 3.2.1 建立交叉编译环境
• 3.2.2 Linux 内核源代码目录结构
• 3.2.3 配置、编译Linux 内核
• 3.3 Boot Loader 与文件系统
• 3.3.1 系统Boot Loader
• 3.3.2 Cramfs 文件系统
• 3.3.3 创建嵌入式文件系统
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统硬件的设计与实现
• 4.1 系统硬件结构与功能概述
• 4.2 系统通信接口
• 4.2.1 RS-232 与RS-485 接口
• 4.2.2 USB 接口
• 4.2.3 SPI 接口
• 4.3 LCD 触摸屏接口
• 4.3.1 液晶显示器接口设计
• 4.3.2 触摸屏驱动电路设计
• 4.4 存储器系统设计
• 4.4.1 S3C2410 的寻址原理
• 4.4.2 RAM 空间的设计
• 4.4.3 NandFlash 与NorFlash 的区别
• 4.4.4 FLASH 存储空间的设计
• 4.4.5 NandFlash 的逻辑分区
• 4.5 其它辅助电路
• 4.5.1 电源单元
• 4.5.2 JTAG 接口
• 4.6 硬件系统的实现
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统软件的设计与实现
• 5.1 系统软件结构与功能概述
• 5.2 系统软件通信模块的实现
• 5.2.1 Linux 对串口的操作
• 5.2.2 系统通信协议
• 5.2.3 通信模块软件设计
• 5.3 测试系统操作界面的设计与实现
• 5.3.1 开发环境建立
• 5.3.2 系统界面的设计
• 5.4 系统测试
• 5.5 本章小结
• 第6章 控制误差的分析与诊断
• 6.1 小波自适应去噪方法
• 6.1.1 硬阈值与软阈值法
• 6.1.2 自适应阈值的选取
• 6.2 粗瞄单元误差诊断
• 6.2.1 码盘信号跳码的处理
• 6.2.2 小波自适应阈值去噪
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢