[發明專利]一種基于FPGA的高速可擴展光學相控陣控制系統

有效

• 申請號: 202111179649.0
• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN113885590B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 汪相如;黃彥威;梁知清;賀曉嫻;譚慶貴
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05D3/20
• 分類號: G05D3/20
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

1.一種基于FPGA的高速可擴展光學相控陣控制系統，其特征在于，包括一個主機和兩個從機；主機從上位機接收目標角度信息，計算每個維度、每個光學相控陣所需的目標角度，并將計算后的目標角度通過串口發送到從機中，同時自身承擔一個維度的光學相控陣驅動；從機包括一個相控陣驅動從機和一個液晶偏振光柵驅動從機；相控陣驅動從機通過串口接收來自主機的目標角度，承擔另一個維度的光學相控陣驅動；液晶偏振光柵驅動從機通過串口接收來自主機的目標角度，承擔液晶偏振光柵器件的驅動；

所述主機包括依次連接的角度接收模塊、角度分配模塊、角度-相位轉換模塊、相控陣驅動模塊和配相電壓索引表，以及與角度分配模塊相連的角度發送模塊；

角度接收模塊通過UART串口或USB接口從上位機接收總的目標角度；

角度分配模塊用于計算每一路光學相控陣每個維度的目標角度，以及液晶偏振光柵器件的目標角度；將總的目標角度拆分，并分配到級聯的光學相控陣和每一級液晶偏振光柵上，得到每個維度、每一級光學器件的目標角度：x維度光學相控陣目標角度、y維度光學相控陣目標角度、液晶偏振光柵目標角度，并將每個維度、每一級光學器件的目標角度存入每個光學器件對應的目標角度寄存器中；

角度發送模塊用于將兩個從機所控制器件的目標角度以及液晶偏振光柵目標角度從對應的目標角度寄存器中取出并各自拼接成為一串連續數字，通過板間通信發送到對應的從機上；

角度-相位轉換模塊通過查找角度-相位索引表，將目標角度轉換為光學相控陣陣元的相位信息，即兩個相鄰陣元間的相位差Δφ，具體體現為配相電壓索引表中的地址間隔ΔADDR；

相控陣驅動模塊接收一個光學相控陣的相位信息，通過查找配相電壓索引表，每隔ΔADDR的地址，從儲存配相電壓索引表的ROM中讀取出一個電壓數據，從而得到光學相控陣每一個陣元所需的電壓；

相控陣驅動模塊將每一個陣元所需的電壓進行拼接，以RGB接口的時序要求，通過RGB接口發送到對應的陣元，驅動光學相控陣將光束偏轉到目標角度；

所述相控陣驅動從機包括角度接收模塊、角度分配模塊、角度-相位轉換模塊、配相電壓索引表和相控陣驅動模塊；

角度接收模塊通過板間通信接口從主機接收本機所控制的光學相控陣的目標角度；

角度分配模塊將接收到的目標角度存入每個光學相控陣對應的目標角度寄存器中；

角度-相位轉換模塊從目標角度寄存器所存儲的目標角度中，讀出某一個光學相控陣的目標角度，通過查找角度-相位索引表，將目標角度轉換為相控陣陣元的相位信息，即兩個相鄰陣元間的相位差Δφ，具體體現為配相電壓索引表中的地址間隔ΔADDR；

相位-電壓轉換模塊接收一個光學相控陣的相位信息，亦即配相電壓索引表的地址間隔ΔADDR，通過查找配相電壓索引表，每隔ΔADDR的地址從配相電壓ROM中讀取出一個電壓數據，從而得到相控陣每一個陣元所需的電壓；

相控陣驅動模塊將每一個陣元所需的電壓進行拼接，以RGB接口的時序要求，通過RGB接口發送到對應的光學相控陣器件，驅動光學相控陣將光束偏轉到目標角度；

所述液晶偏振光柵驅動從機包括角度接收模塊、角度分配模塊、角度-電壓轉換模塊和數模轉換模塊；

角度接收模塊通過板間通信接口從主機接收液晶偏振光柵器件的目標角度；

角度分配模塊將接收到的目標角度存入每個液晶偏振光柵對應的目標角度寄存器中；

角度-電壓轉換模塊從目標角度寄存器所存儲的角度中，讀出某一通道液晶光柵的目標角度，將其轉換為預先約定的編碼，使用編碼查找角度-電壓索引表，得到該通道每一級液晶偏振光柵器件的驅動電壓；

數模轉換模塊將驅動電壓進行編碼，按照數模轉換芯片DAC的通信規則，將液晶光柵的驅動電壓信息，發送至對應的數模轉換芯片，并由DAC完成從數字信號到模擬信號的轉換，進而發送至液晶偏振光柵器件，實現對光束的偏轉。