發(fā)布時間：2017-07-26 20:28

  本文關(guān)鍵詞：星間激光通信終端控制系統(tǒng)設(shè)計及其性能分析

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【摘要】：衛(wèi)星激光通信相較于傳統(tǒng)微波通信,具有通信速率高、傳輸數(shù)據(jù)容量大、抗干擾能力強和安全性高等優(yōu)點,逐漸成為各國研究重點。為了能夠?qū)崿F(xiàn)更加可靠的星間激光通信,需要完成三個步驟:快速地捕獲、準確地瞄準和穩(wěn)定地跟蹤。而其中關(guān)鍵點在于星間激光通信終端控制系統(tǒng)。因此,本文對星間激光通信終端控制系統(tǒng)進行了設(shè)計,對所提出的評價指標-跟瞄誤差進行了詳細分析,并對其主要影響因素提出了抑制或消除算法:首先,對星間激光通信APT系統(tǒng)進行了詳細概述,介紹其終端控制結(jié)構(gòu):粗瞄和精瞄復合軸式控制結(jié)構(gòu)。為了完成了整個星間激光通信終端控制系統(tǒng)的設(shè)計,分別對粗瞄子系統(tǒng)和精瞄子系統(tǒng)進行了詳細設(shè)計,詳述其系統(tǒng)組成與控制系統(tǒng)設(shè)計,提出了位置環(huán)和速度環(huán)雙閉環(huán)的粗瞄控制系統(tǒng)以及壓電陶瓷位移內(nèi)回路和光束外回路的雙回路精瞄控制系統(tǒng)。其次,對本文所設(shè)計的星間激光通信終端控制系統(tǒng)性能進行了分析,提出了其評價指標:跟瞄誤差。從接收端光束分布和通信誤碼率兩個方面進行了分析,得到了跟瞄誤差對于系統(tǒng)性能的不利影響。并分析了其來源,得到了其中的主要影響因素:衛(wèi)星平臺振動和探測器噪聲。分別分析了其產(chǎn)生的原因、特點和種類,以及其對系統(tǒng)性能的影響。然后,針對所提出的跟瞄誤差源-衛(wèi)星平臺振動進行了詳細分析,介紹了主要的振動抑制方案。提出了采用SILEX平臺設(shè)計數(shù)據(jù)或Landsat衛(wèi)星實測數(shù)據(jù)等設(shè)計濾波器,對高斯白噪聲進行濾波處理以得到衛(wèi)星平臺振動模擬信號,并對模擬信號進行傅里葉變換,得到了模擬振動功率譜,從而驗證了算法的有效性。分析了前饋式振動抑制算法。針對前饋式振動抑制算法的局限性提出了基于改進型LMS自適應濾波振動抑制算法,通過仿真分析,取得了很好的振動抑制效果。最后,針對所提出的跟瞄誤差源-探測器噪聲進行了詳細分析。根據(jù)對探測器噪聲特點與產(chǎn)生原因的分析,將其分為了兩類:一是混合小噪聲,二是背景光噪聲,并分別分析了其對光斑中心定位的影響。針對混合小噪聲,提出了基于中值-均值的混合濾波算法,濾除了絕大部分混合小噪聲;針對恒星背景光噪聲,提出了先采用最大類間方差法進行閾值分割,然后基于Two-pass連通區(qū)域標記法分離有效光斑和恒星背景光噪聲,取得了很好的濾除效果。
【關(guān)鍵詞】：衛(wèi)星激光通信 終端控制系統(tǒng) 跟瞄誤差 衛(wèi)星平臺振動 探測器噪聲
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.13
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢10-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 星間激光通信終端控制系統(tǒng)設(shè)計16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 APT系統(tǒng)16-17
• 2.2.1 APT系統(tǒng)概述16-17
• 2.2.2 APT系統(tǒng)終端結(jié)構(gòu)17
• 2.3 粗瞄子系統(tǒng)設(shè)計17-20
• 2.3.1 粗瞄子系統(tǒng)組成18-19
• 2.3.2 粗瞄控制系統(tǒng)設(shè)計19-20
• 2.4 精瞄子系統(tǒng)設(shè)計20-24
• 2.4.1 精瞄子系統(tǒng)組成20-23
• 2.4.2 精瞄控制系統(tǒng)設(shè)計23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 星間激光通信系統(tǒng)跟瞄誤差分析25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 跟瞄誤差對星間激光通信系統(tǒng)性能的影響25-29
• 3.2.1 跟瞄誤差對接收端光束分布的影響26-28
• 3.2.2 跟瞄誤差對通信誤碼率的影響28-29
• 3.3 星間激光通信系統(tǒng)跟瞄誤差源分析29-34
• 3.3.1 衛(wèi)星平臺振動30-31
• 3.3.2 探測器噪聲31-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第4章 衛(wèi)星平臺振動抑制算法研究35-58
• 4.1 引言35
• 4.2 衛(wèi)星平臺振動抑制方案35-36
• 4.3 衛(wèi)星平臺振動的實時模擬36-41
• 4.4 前饋式振動抑制算法41-46
• 4.4.1 衛(wèi)星平臺振動對精瞄控制系統(tǒng)的影響41-43
• 4.4.2 前饋式振動抑制算法分析43-46
• 4.5 基于改進型LMS自適應濾波振動抑制算法46-57
• 4.5.1 基本LMS自適應濾波算法46-50
• 4.5.2 變步長LMS自適應濾波算法50-53
• 4.5.3 基于改進型LMS自適應濾波振動抑制算法53-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第5章 基于CCD的光斑探測器降噪算法研究58-75
• 5.1 引言58
• 5.2 探測器噪聲對光斑中心定位的影響58-61
• 5.3 混合小噪聲的濾除61-69
• 5.3.1 傳統(tǒng)濾波算法介紹61-62
• 5.3.2 基于中值-均值的混合濾波算法的光斑降噪62-64
• 5.3.3 實驗與結(jié)果分析64-69
• 5.4 背景光噪聲的濾除69-73
• 5.4.1 基于最大類間方差法對光斑圖像進行二值化閾值分割70-71
• 5.4.2 基于Two-pass連通域標記法對圖像進行分離71-73
• 5.5 本章小結(jié)73-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻76-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果80-82
• 致謝82

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本文編號：578216