基于lupa300的高帧频apt精跟踪成像技术分析

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1、的航天局(NASDA)。1995年闩本发射的ETS．V1通信卫星，其LCE通信终端成功的与陆基设备进行了速率为1．5Mbps的星地激光通信。LCE系统的光电探测器件捕获部分采用的是CCD传感器，跟踪采用的是QD传感器。2000年3月。国际空}白】站用于对地面进行数据通信的超高速激光通信端机LCDE由日本研制成功，通信光光波波长为1550nm。可以实现下行速率25Gbps，上行速率1．2Gbps的数据传输。4、俄罗斯的研究现状俄罗斯在空『日J探索方面具有雄厚的实力，其在空间激光通信领域也进行了深入的研究。其卫星间数据激光传输系统ILDTs(ImePs舭elliteLaserD

2、ataTransferSystem)已经进入工程使用阶段，广泛应用于其各类空间飞行器田J。122我国APT系统的发展现状我国在自由空剧的激光通信领域起步比较晚，技术还不够成熟，与国外现有技术水平还有很大的差距。国内主要从事空间激光通信的研究单位有哈尔滨工业大学，电子科技大学．武汉大学，长春理工大学，桂林电子科技大学，中国科学院成都光电技术研究所等。哈尔滨工业大学研制了空间激光通信的实验室模拟演示系统，为进一步开展研究工作提供了一套模拟工具。电子科技大学在光通信领域在国内处于领先的位置，在空间光通信理论、仿真系统和地面光通信模拟实验方面的取得了很大的成果。2008年武汉大学和

3、国科环宇空『自J技术有限公司组成的联合实验室，在北京成功进行了速率为25Gb每秒的激光光通信实验。长春理工大学在大气光通信特性分析、地面光通信演示实验、高功率激光器方面也丌展了相应得研究．取得了不少成果。研制了地面与机载设备间的激光通信的验证演示样机，完成了两者间激光通信链路建立的演示实验田j。中国科学院成都光电技术研究所在自由空间激光光通信关键技术，精密跟踪瞄准技术和定位算法方面都开展了扎实有效的研究和分析。对于我国空间光通信的发展现状而言，还处在研究的初级阶段，有很多的技术问题需要去进一步的解决，因此开展这方面的研究具有很强的现实意义。1．2高速CMOS图像传感器的应用

4、发展现状这一小节将介绍现有的高速CMOS的应用发展现状，包括其在相机成像领域的应用和在现有APT系统上的应用。通过对上述的两方面的分析，可知现阶段还没有可用于APT精跟踪系统的CMOS精跟踪相机1．3．1高速CMOS图像传感器成像系统简介高速CMOS图像传感器成像系统就是以能输出高帧频图像的CMOS图像传感作为光电转换器件，内部采用高速处理芯片处理数据和驱动传感器，拥有高速数据传输接口和外部进行数据交换的成像系统。传统高速数字成像系统多采用CCD图像传感器，CCD传感器具有灵敏度高、响应快等优点．但存在功耗大、价格昂贵、开窗输出不方便等缺点。CMOS图像传感器相比CCD图像

5、传感器有更多的优势mJ：l、CMOS图像传感器将AD转换、电源驱动、数据接口都整合在单片硅片上具有较高的集成度，性能稳定的优点；2、CMOS图像传感器与普通半导体加工工艺基本相同，使得其价格便宜，可靠性好：3、相对于CCD图像传感器的电荷泄漏问题，CMOS图像传感器随着半导体工艺的不断发展．其成像效果己相当均匀。4、CMOS图像传感器灵括的可编程行列读出方式，实现了感兴趣区域的开窗功能。因此，设计一种基于CMOS图像传感器的高速相机报具有现实意义。另外，本文设计的是应用于APT精跟踪系统的精跟踪相机，对传感器的稳定性有较高的要求，而CMOS图像传感器各项特性都非常符合这类系

6、统的要求。因此选择一款高性能的CMOS图像传感器开发一种高速相机，掌握高速CMOS图像传感器成像系统的研究方法和记录相关的实验数据，具有重要意义。通过论证和研究，本文采用了Cypress的LUPA300这款CMOS图像传感器作为APT系统的光电探测器件。1．32高速CMOS图像传感器成像系统国内外现状目前国内市场上销售和应用的主流高速成像设备，无论是CCD型的还是CMOS型的都基本上是国外的品牌，自主品牌在技术有一定差距，没有什么优势。因此这是一个具有广阔市场前景的领域，非常值得深入研究。下面是几种比较主流的高速成像设备：1、美国VRi公司的PhantomVl2l相机，是一

7、款超高速数字摄像机，其图像传感器为12位SR-CMOS传感器，可输出的展太分辨率为1280×800图像，在1280×800分辨率下每秒输出为6242帧，如果开窗操作为128×8的分辨率输出，虽大拍摄帧频可达一百万帧。接口为千兆以太网．最大存储容量为512GB。2、PhantomV640高速相机由美国VisionResearch研制，其采用的CMOS图像传感器的分辨率为2560×1600．在这个分辨率下PhantomV640能产生每秒1400帧的帧频。其内部的EDR曝光控制可以为一幅图像设置两种曝光时间，接口为以太网