光通信数据处理单元设计及振动干扰抑制方法研究

论文摘要

空间光通信以其高带宽、高码率、高保密性及抗干扰等优点成为空间通信发展的新方向,目前已成为各国研究工作的热点。对于激光发射光束的捕获、瞄准和跟踪（Acquisition、Pointing、Tracking-APT）技术的研究显得尤其重要。国外对激光链路的研究开始得较早,而我国星间激光链路技术的研究还处于初级阶段,目前进行的许多研究工作都主要集中在概念仿真,方法论证,关键技术试验上,因此进行深入的自主研究很有必要。整个APT系统比较复杂,本文主要讨论了粗瞄控制子系统数据处理单元的设计问题。处于中间位置的数据处理单元,上承主控单元,下接控制器,在实现目标位置解算的同时要实现有效的数据双向传输,因此采用总线结构与上下单元进行数据交互。在硬件电路实现上,数据处理单元的核心芯片是TI公司的DSPLF2407A DSP,主要实现了CAN总线接口,差动传输串行通信接口、单片机并行接口、数/模转换电路、模/数采样电路。通过CAN总线、串行通信接口结合,相互冗余备份,从而实现与上层单元高速率低误码率的数据通信;同时,解算好的目标位置的传送和当前位置的读取,是通过DSP丰富的IO引脚搭建的单片机并行接口来实现的。在确保硬件电路正常工作后,分别对各个子模块进行了软件编写与调试,然后按照APT系统的工作流程,将各模块化程序组合起来实现系统的功能。为实现星间光通信所提安全可靠性的设计要求,本文介绍了数据处理单元核心器件TMS320LF2407A利用SPI口对Atmel公司的AT93C66型EEPROM进行在线系统编程烧写以及上电程序引导加载的原理与实现。卫星平台振动干扰补偿技术,是解决光通信方案的关键技术之一。以往国内外对此的研究比较多,也较成熟。但以往此类技术的约束条件较多,且补偿能力有限,本文结合以往技术,分析了振动对卫星光通信的的影响以及卫星平台振动产生的原因和特点,找出了卫星平台振动的规律,提出了一种前馈补偿方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 空间光通信及APT 技术发展现状及趋势
• 1.3 论文组织结构
• 第2章 空间光通信中的APT 技术
• 2.1 捕获、瞄准和跟踪（APT）的概念
• 2.2 APT 系统的主要结构及组成
• 2.3 APT 系统的工作原理
• 2.4 系统方案实现
• 2.4.1 系统功能结构概述
• 2.4.2 系统总线结构概述
• 2.5 本章小结
• 第3章 数据处理单元硬件设计
• 3.1 硬件结构及预实现功能概述
• 3.2 CAN 总线接口
• 3.3 RS-485 总线接口
• 3.4 与下位机接口
• 3.5 A/D 与D/A 接口
• 3.5.1 A/D 转换电路实现
• 3.5.2 D/A 转换电路实现
• 3.6 其它辅助电路
• 3.6.1 扩展存储器设计
• 3.6.2 电源、时钟及复位设计
• 3.6.3 JTAG 设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 数据处理单元软件设计及调试
• 4.1 数据处理单元的工作流程
• 4.2 数据处理单元接口模块软件设计
• 4.2.1 CAN 总线模块软件设计
• 4.2.2 RS-485 模块软件设计
• 4.2.3 与下位机接口模块软件设计
• 4.2.4 A/D 与D/A 模块软件设计
• 4.3 数据处理单元的调试工作
• 4.3.1 系统内自调试
• 4.3.2 全系统联调试
• 4.4 本章小结
• 第5章 程序存储可靠性设计改进
• 5.1 可靠性设计改进方案介绍
• 5.2 与EEPROM 的SPI 接口电路设计
• 5.3 SPI 串行EEPROM 在线系统编程
• 5.3.1 引导表的建立
• 5.3.2 EEPROM 的编程烧写
• 5.4 SPI 引导加载实现
• 5.5 数据处理单元可靠性设计分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 振动干扰抑制方法研究
• 6.1 卫星平台振动产生的原因及影响
• 6.2 卫星平台振动干扰抑制方法介绍
• 6.2.1 被动补偿
• 6.2.2 主动补偿
• 6.3 一种前馈补偿方案
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢