[发明专利]一种星载激光通信ATP系统光斑探测相机及探测方法

权利要求书

1.一种星载激光通信ATP系统光斑探测相机，它包括：由接收望远镜（1）、反射镜（2）、带通滤光片（3）和成像镜头（4）四个部件组成的光学系统（17），CMOS探测器（5）和由FPGA芯片（6）、RS-422通信接收芯片（7）、RS-422通信发送芯片（8）、LVDS通信发送芯片（9）、FPGA配置芯片（10）、5V直流电源（11）、5V转3.3V电压转换芯片（12）、5V转2.2V电压转换芯片（13）、5V转1.8V电压转换芯片（14）、5V转1.5V电压转换芯片（15）及时钟芯片（16）组成的电子学系统（18），其特征在于：

所述的接收望远镜（1）是透射式或反射式望远镜系统，放大倍率为8倍；所述的反射镜（2）为在671nm可见光波段反射率大于97%的平面镜；所述的带通滤光片（3）对671nm波段光带通；所述的成像镜头（4）是组合焦距为312.5mm的透镜组；所述的CMOS探测器（5）是具有抗辐射、大面阵并集成内部ADC的CMOS探测器；所述的FPGA芯片（6）拥有大于3Mbits的BlockRAM存储空间；所述的RS-422通信接收芯片（7）是由NSC公司生产的DS26LV31W芯片；所述的RS-422通信发送芯片（8）是由NSC公司生产的DS26LV32AW芯片；所述的LVDS通信发送芯片（9）是由TI公司生产的SNJ55LVDS31W芯片；所述的FPGA配置芯片（10）是用于配置FPGA芯片程序的PROM芯片；所述的为电子学系统（18）提供5V电压的5V电源（11）是电压输出精度优于2%的直流电源；所述的为电子学系统（18）提供3.3V电压的5V转3.3V电压转换芯片（12）是电压精度优于1%、最大输出电流3A的线性稳压器；所述的为电子学系统（18）提供2.5V电压的5V转2.5V电压转换芯片（13）是电压精度优于1%、最大输出电流3A的线性稳压器；所述的为电子学系统（18）提供1.8V电压的5V转1.8V电压转换芯片（14）是电压精度优于1%、最大输出电流3A的线性稳压器；所述的为电子学系统（18）提供1.5V电压的5V转1.5V电压转换芯片（15）是电压精度优于1%、最大输出电流3A的线性稳压器；所述为FPAG芯片（6）提供48MHz系统工作时钟的时钟芯片（16）温度为25℃时时钟抖动小于8ps；

相机通过其光学系统（17）的接收望远镜（1）接收信标光光束，经过反射镜（2）反射后通过带通滤光片（3）；光束经过带通滤光片（3）后光束中除671nm波长以外的光将被衰减；再通过成像镜头（4）进入CMOS探测器（5）阵面，进一步完成光电转换并将图像数据输出给FPGA芯片（6）；

相机的工作参数由RS-422通信接收芯片（7）获得并发送给FPGA芯片（6）；FPGA芯片（6）在这些工作参数下控制CMOS探测器（5）完成光电转换，并由CMOS探测器（5）将获得图像数据输出给FPGA芯片（6）；在FPGA芯片获得图像信息后，采用质心算法完成对光斑质心位置的计算，并且同时缓存图像信息，再通过RS-422通信发送芯片（8）向外发送计算得到的质心信息，同时通过LVDS通信发送芯片（9）发送实时的图像数据。

2.一种基于权利要求1所述星载激光通信ATP系统光斑探测相机的光斑探测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)．相机开始工作后，首先由FPGA配置芯片（10）将程序写入FPGA芯片（6），由5V直流电源（11）、5V转3.3V电压转换芯片（12）、5V转2.5V电压转换芯片（13）、5V转1.8V电压转换芯片（14）、5V转1.5V电压转换芯片（15）为整个相机电子学系统（18）提供工作时需要的各项电压，时钟芯片（16）为FPGA芯片（6）提供48MHz工作时钟；

2)．在进行空间激光通信时，由接收望远镜（1）接收信标光光束，经过反射镜（2）后通过带通滤光片（3），带通滤光片（3）完成对光束的滤光；

3)．光束经过成像镜头（4）后，在CMOS探测器（5）阵面上成像；

4)．相机通过RS-422通信接收芯片（7）获得工作参数，参数包括探测器开窗大小、开窗起始位置、积分时间和阈值大小等，FPGA芯片（6）按参数控制CMOS探测器（5）完成光电转换并获得图像数据；

5)．FPGA芯片（6）将采集到的原始图像数据首先做阈值处理获得质心计算过程中的权重，同时缓存图像数据于FPGA芯片的内部RAM中，判断原始图像值v(x,y)大于设定阈值T时，权重值W(x,y)＝v(x,y)-T；若原始图像值v(x,y)小于设定阈值T时，权重值W(x,y)＝0，获得权重值后，按照质心计算公式获得质心位置，计算精度为1/32，质心位置(C_x,C_y)计算公式如下，其中x、y为探测器像元坐标，S为探测面上图像的采集范围：

Cx=Σ(x,y)∈Sx·W(x,y)Σ(x,y)∈SW(x,y)Cy=Σ(x,y)∈Sy·W(x,y)Σ(x,y)∈SW(x,y)]]>

6)．FPGA芯片将计算得到的质心位置(C_x,C_y)通过RS-422通信发送芯片（8）向外传输，同时通过LVDS通信发送芯片（9）输出图像数据，以用于监测相机工作。