基于光滑环的光电经纬仪光纤通信系统

　　1 引言

　　光电探测装备工作过程中，探测器件同目标随动，传统采用机械式导电环实现装备随动部分与固定部分之间数据的实时传输。随着光电探测技术和新型武器装备的飞速发展，靶场对光电测控装备提出了越来越高的要求，新型大面阵、高灵敏度、高帧频、数字相机正逐步被采用，多探测手段、大数据量存储与传输正逐步被应用于新型光电探测设备的设计当中[1-2]。

　　传输数据量大大提升，就单路数字图像数据而言，传输速率已经超过 1Gbit/s，大大超过了机械导电环传输带宽。如何实时、无误地传输视频信息、各个分系统控制信息，直接影响经纬仪的整体性能，本文结合光纤通信技术，利用光滑环(光纤导电环)取代机械导电环，设计了一种高速数据传输系统，实现了实时、高速数据传输，大大提高了系统的数据传输速率、抗电磁干扰能力及传输距离。

　　2 系统总体设计

　　本系统由发送单元、光滑环和接收单元三部分组成，发送单元将各个分系统的数据(控制信息、模拟视频以及数字视频)进行打包发送，经由光纤光滑环)传输到接收单元，然后在接收端实时、准确地恢复出各路原始数据。

　　发送单元由电平转换、数据的预复用、编码及并串转换、高速光发射模块组成;接收单元由光接收模块、解码及串并转换、二级解复用、电平恢复、数据输出部分组成。中间采用单模光纤相连接，采用时分复用、波分复用等技术组成完整的高速数据传输系统。系统原理框图如图 1 所示。

　　系统中光收发模块为 SFP 封装的 Finisar FTRJ-8519，支持高达 3.125Gbit/s 的全双工通信，能够实时、准确地进行光电、电光转换[4]。

　　2.1 图像发送接收端

　　用于图像发送接收的光纤通信板卡，应用Xilinx 公司的型号为 XC2VP20 的 FPGA，作为时序控制核心。该系列 FPGA 集成了高效的用于串并转换的硬 IP 核——RocketIO 技术[5-6]，利用 RocketIO技术可以方便灵活地实现数据的编码以及解码，简化了传统的利用分立器件编解码环节，极大地缩小了电路板的尺寸，提高了系统集成度，增强了高速数据流传输的抗干扰能力，传输速率范围达 1～3.125Gbit/s，满足系统传输带宽要求。在对 RocketIO IP 核调试中，为使系统正常工作，直接用 Xilinx FPGA 底层硬件语言进行描述，重点解决了系统复位、同步状态机问题。

　　2.1.1 RocketIO 复位问题

　　对于系统的复位，一定要遵循当数字时钟管理(DCM)的 LOCK 输出端为高时，RocketIO 的复位信号至少持续两个 USRCLK2 时钟周期的高电平后 才 能 变 成 低 电 平 ， 从 而 保 证 正 确 地 初 始 化RocketIO 内部的 FIFO。复位的逻辑代码如下：