【摘要】：無線激光通信技術(shù)有著通信速率高、保密性好、無需線纜等優(yōu)點(diǎn),因此在星間通信、星地通信、海上通信等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而,在激光傳輸過程中,大氣湍流的影響容易造成激光束光斑中心位置發(fā)生偏移、光束到達(dá)角發(fā)生起伏、光束相位發(fā)生畸變等問題,影響了通信的距離和可靠性�？焖賰A斜鏡(FSM)系統(tǒng)能夠用來校正光束中心位置的偏移,穩(wěn)定光斑位置,提高通信的穩(wěn)定性和可靠性;但是在傾斜鏡閉環(huán)控制過程中,光斑位置傳感器(PSD)的測量噪聲會引起誤差放大,影響系統(tǒng)的閉環(huán)控制效果。針對該問題,本論文中設(shè)計(jì)并搭建了一套閉環(huán)傾斜鏡系統(tǒng),通過濾波器和控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)有效地提高了閉環(huán)系統(tǒng)對激光光斑的穩(wěn)定效果。論文首先介紹了傾斜鏡系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并利用子空間辨識的方式獲得了傾斜鏡的動態(tài)模型;然后建立時(shí)間序列模型來描述湍流影響下光斑的隨機(jī)運(yùn)動,并以此湍流模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了維納濾波器用以抑制測量噪聲;最后基于傾斜鏡動態(tài)模型設(shè)計(jì)了H2控制器,再把維納濾波器和H2控制器融合,設(shè)計(jì)了基于維納濾波器的H2控制器,并通過仿真和實(shí)驗(yàn)比較了控制器的效果。濾波仿真結(jié)果顯示,維納濾波器能夠?qū)鞲衅鞯臏y量均方誤差(MSE)減少50%以上,融合了維納濾波的控制器減少了調(diào)節(jié)參數(shù),避免因?yàn)閰?shù)調(diào)節(jié)帶來的不確定性。閉環(huán)仿真結(jié)果表明,H2控制器能將光斑抖動的方差減小為原始的33%和45%,而基于維納濾波器的H2控制器能夠?qū)⒎讲顪p小為原始的22%和23%。在閉環(huán)實(shí)驗(yàn)中,利用Tenengrad函數(shù)對光斑CCD圖像的清晰度進(jìn)行評價(jià),清晰度越高光斑越穩(wěn)定。H2控制器將清晰度從原圖的0.0043提高到了 0.0048,而改進(jìn)后的H2控制器能夠提高到0.0058。本文將維納濾波器和H2控制器融合,降低了傳感器的測量噪聲,提高了控制器的抗噪聲能力,增強(qiáng)了閉環(huán)系統(tǒng)對光斑的穩(wěn)定效果,研究成果可用于星地、海面無線激光通信等領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U675.7
【圖文】：

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文邐緒論逡逑系統(tǒng)的性能［１１］。此外由于溫度梯度和壓強(qiáng)梯度的存在，不同密度的空氣發(fā)生混合，逡逑使得光束傳播路徑上各點(diǎn)折射率不斷變化，光束偏離原來的方向。因此在光束接逡逑收端光斑就會出現(xiàn)隨機(jī)抖動，或者稱之為光束漂移［１２］。這就給激光信號的捕捉和逡逑接收帶來了困難，致使通信誤碼率增加乃至中斷。而在近海處由于海陸溫差容易逡逑加快不均勻空氣的相對流動，大氣湍流的作用更加強(qiáng)烈［１３］。在海面船舶間無線激逡逑光通信過程中，由于船體受到風(fēng)浪的沖擊作用或者是船體機(jī)械動力帶來的振動逡逑［１４１，會增加光斑抖動的復(fù)雜性。逡逑

［１４１，會增加光斑抖動的復(fù)雜性。逡逑圖１．１海面上的無線激光應(yīng)用逡逑￣￣｜邋門邐Ｉ邋Ｅｌｃｃｔｒｉｃ／Ｏｐｔｉｃａｌ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｍｏｄｕｌｅ逡逑ＱＡＭ邋邐＾邋—邋－邐＊邐１邋｜逡逑二；邋ｓｗ？—逡逑１６ＱＡＭ／１６ＰＳＫ邋１邋＾邋＾邋Ｉ邐Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ邐邐］邐＾邐邋ｉ邋３哪＂＾７逡逑Ｍ＝ｎ邐邐：邋Ｃ－Ｔ逡逑邐邐Ａ！逡逑門門邐＾邐１邋個(gè)逡逑＾＾７邋ｒＱＡＭ邋邐－邐＼邐Ｏｐｌｉｃａｌ／Ｋｌｃｃｌｒｉｃ邋ｉ邋辦逡逑ｎ？？ｉｏｉ？邐邐邋Ｉ邐邐１邋丨邐ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｍｏｄｕｌｅｌ邋＼ｍ／逡逑－＾１－—逡逑ＳｌＳ——－邋－邐＾邐ｎ”１：逡逑ＢＥＲ邋１６ＱＡＭ／Ｉ６ＰＳＫ邋１邐＾邋１邋Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ邋Ｌ邋Ｐａｌｎ邐１逡逑Ｔｅｓｔ邋Ｓｅｔ邋ｓｅｑｕｅｎｃｅ邋ｄｅｃｏｄｅｒ邋Ｏｆ邋ＤＭ邋ｄｃｍｏｄｕｌａｌｉｏｎ逡逑圖１．２自由空間光通信原理【９）逡逑為了提高無線激光通信的效率和穩(wěn)定性，通常會在發(fā)射端和接收端分別安裝逡逑捕獲、跟蹤、對準(zhǔn)（ＡＴＰ）系統(tǒng)。如果需要進(jìn)一步提高光束的質(zhì)量，則還需要安逡逑裝自適應(yīng)光學(xué)（Ａ０）系統(tǒng)。如圖１．３所示為美國ＮＡＳＡ機(jī)構(gòu)使用的無線激光通逡逑信接收系統(tǒng)。從圖中可以看到快速傾斜鏡是系統(tǒng)當(dāng)中重要的組成部分。在圖左側(cè)逡逑的粗跟蹤系統(tǒng)中用于對準(zhǔn)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2724756