激光告警系统中抗单粒子翻转及数据通信技术研究

摘要

近几年来激光技术广泛的应用到军事、航空航天等领域。尤其是反卫星激光武器的应用，对太空中运行的航天器和卫星构成严重的威胁，因此空间激光告警系统的研究越来越受到各国家的重视。如何克服单粒子翻转现象是太空中激光告警系统研究的核心内容。本文重点研究了单粒子翻转现象的预防和解决方法，并对模块间数据通信以及探测器的非均匀性校正进行了研究。
　　相干型衍射光栅激光告警系统主要由四部分组成：光学子系统、信号接收子系统、信号处理子系统、显示子系统。系统的核心是信号处理子系统，这部分中的控制器件FPGA和数据处理器件DSP容易受到高能粒子辐射的影响，因此考虑从硬件和软件方面对元件进行抗单粒子翻转设计。硬件方面，DSP外部设计了专门的看门狗电路，FPGA使用芯片内部CRC电路。软件方面，DSP程序中进行三模冗余设计，而且DSP的程序代码在烧写与引导中也采用三模冗余备份。FPGA重点针对程序中控制探测器的信号和控制与DSP通信的信号进行三模冗余。因为激光告警系统实时性要求较高，而且处理数据量比较大，为了保证系统实时性的要求，FPGA负责控制探测器采集数据，DSP负责处理数据，FPGA与DSP之间通过 EMIF接口连接，用EDMA进行数据通信，DSP收到数据之后进行探测器的非均匀性校正，方法是基于定标的两点校正。最终 DSP通过控制CAN总线控制器将数据处理结果发送出去。
　　最后在实验中采用不同波长的激光器从不同角度入射，最终在LCD显示屏上显示入射激光的波长方位角和俯仰角，证明了上电程序能够正常引导，数据能够正常通信。受到实验条件的限制，无法进行高能粒子照射照射实验，只进行了DSP的程序引导加载实验，实验结果表明，系统可以将正确的程序加载到DSP内部并执行。

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1 绪论

1.1课题的选题背景及研究意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 本论文的主要工作及课题来源

2 抗单粒子翻转与数据通信基本原理

2.1 相干型衍射光栅激光告警系统简介

2.2 空间辐射环境介绍

2.3 FPGA与DSP的单粒子效应故障类型

2.4抗单粒子翻转常用方法

2.5 FPGA与DSP数据通信基本原理

2.6 DSP控制CAN总线通信原理

2.7 本章小结

3 FPGA与DSP抗单粒子翻转设计

3.1 FPGA抗单粒子翻转设计

3.2 DSP抗单粒子效应设计

3.3 本章小结

4 FPGA与DSP的数据通信及DSP控制CAN总线通信

4.1 DSP的外部存储器接口(EMIF)

4.2 DSP控制CAN总线控制器进行数据通信

4.3 基于DSP的近红外探测器的非均匀性校正

4.4 本章小结

5 实验验证与分析

5.1 实验装置

5.2 抗单粒子翻转测试

5.3 数据通信测试

5.4 基于DSP的探测器非均匀性校正实验

5.5 本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢