本文關(guān)鍵詞：空間二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)的高穩(wěn)定捕獲跟蹤技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 空間光通信 捕獲跟蹤瞄準(zhǔn) 粗跟蹤系統(tǒng) 二維光電轉(zhuǎn)臺(tái) 預(yù)測(cè)濾波 捕獲靈敏度

【摘要】：經(jīng)過(guò)幾十年的研究,空間光通信終端已經(jīng)經(jīng)歷了兩代的發(fā)展,并且各國(guó)開(kāi)展了一系列的在軌光通信實(shí)驗(yàn),取得了輝煌的成績(jī)。由于激光的方向性極強(qiáng),需要專門(mén)的捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)(Acquisition,Tracking and Pointing,簡(jiǎn)稱ATP)系統(tǒng)來(lái)建立并維持高精度對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)鏈路�？臻g光通信的鏈路可通率和通信誤碼率分別對(duì)ATP系統(tǒng)的捕獲穩(wěn)定性和跟瞄精度提出了要求,同時(shí),ATP系統(tǒng)還面臨著空間環(huán)境和空間平臺(tái)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。所以,ATP技術(shù)是空間光通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文基于中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目,以星地量子通信的星載ATP系統(tǒng)研制為背景,研究基于空間二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定捕獲和跟蹤技術(shù)。論文的工作主要包括:介紹了ATP工作流程、系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理,以及二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)的硬件構(gòu)成與軟件算法,總結(jié)了常見(jiàn)的捕獲跟蹤性能測(cè)試方法,并測(cè)試了系統(tǒng)的基本性能;對(duì)影響系統(tǒng)性能的外部環(huán)境約束進(jìn)行了分析,包括大氣信道特性,衛(wèi)星平臺(tái)擾動(dòng),以及空間熱環(huán)境的影響;分析了捕獲方法和捕獲靈敏度,針對(duì)捕獲系統(tǒng)面臨的實(shí)際問(wèn)題,提出了若干優(yōu)化算法,提高了捕獲的穩(wěn)定性;綜合分析了二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)的跟蹤誤差,探討了系統(tǒng)極限跟蹤性能的限制因素,并指出提高跟蹤精度的思路。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有:1)考慮到光通信鏈路中斷后快速恢復(fù)的需求,提出了基于角度信息預(yù)測(cè)濾波的快速重捕獲方法。根據(jù)星地光通信指向角的特點(diǎn),提出改進(jìn)的有限記憶濾波算法。仿真結(jié)果表明,算法在3s內(nèi)的預(yù)測(cè)精度優(yōu)于0.05?,5s內(nèi)的預(yù)測(cè)精度優(yōu)于0.1?。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)歷約5s的無(wú)光期后,系統(tǒng)能夠在1s內(nèi)完成重捕獲。相比之下,掃描捕獲方法通常需要數(shù)十秒,因此該方法可有效提高光通信鏈路的可通率。2)針對(duì)弱光捕獲的魯棒性問(wèn)題,提出了變值速度約束的捕獲優(yōu)化方法。利用質(zhì)心軌跡和測(cè)角信號(hào)預(yù)測(cè)得到星地相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度作為速度約束的基準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)捕獲速度的變值約束。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化方法使捕獲靈敏度提升了約5d B。該方法在某星地量子通信ATP系統(tǒng)中得到了應(yīng)用,地面測(cè)試顯示其顯著提高了信標(biāo)捕獲過(guò)程的穩(wěn)定性。另外,對(duì)于功率受限的深空光通信鏈路,該方法也能夠提高其鏈路建立的成功率。3)從系統(tǒng)的角度綜合分析了二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)的跟蹤性能。分析結(jié)果表明,對(duì)二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)的跟蹤精度影響最大的是探測(cè)器幀頻有限引起的采樣延遲誤差,系統(tǒng)的極限帶寬則同時(shí)受制于機(jī)械諧振頻率和探測(cè)器幀頻。同時(shí)指出了利用CMOS探測(cè)器變窗手段提高跟蹤精度的思路。理論分析表明,利用變窗跟蹤方法能夠?qū)⒍S轉(zhuǎn)臺(tái)的極限跟蹤帶寬由4Hz提升到15Hz,從而使跟蹤精度由20~30urad提高到10urad量級(jí)。論文的研究結(jié)果對(duì)空間光通信的高穩(wěn)定捕獲跟蹤技術(shù)起到一定促進(jìn)作用。綜合本文提出的若干方法和思路,有助于實(shí)現(xiàn)基于二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的小型化非復(fù)合軸ATP終端。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、穩(wěn)定性好,對(duì)于近距離和中等速率的空間光通信具有實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.1

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 季偉,趙長(zhǎng)明,陳淑芬;空間光通信系統(tǒng)、技術(shù)、現(xiàn)狀及展望[J];通訊世界;2002年06期

2 薛琳生,王巖;空間光通信技術(shù)的發(fā)展與展望[J];電子器件;2003年03期

3 陳彥;空間光通信綜述(上)[J];國(guó)際太空;2003年01期

4 張瑞君;空間光通信用光收發(fā)器件進(jìn)展及典型應(yīng)用[J];電子科學(xué)技術(shù)評(píng)論;2005年03期

5 耿琦;艾勇;;高速空間光通信系統(tǒng)的研究動(dòng)態(tài)[J];空間電子技術(shù);2005年04期

6 馬峻,李思敏;空間光通信捕獲與跟蹤技術(shù)[J];桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2005年01期

7 梁皚瑩;蕭文斌;;一種新的空間光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法探討[J];廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào);2007年03期

8 王亞麗;段錦;景文博;顧玲嘉;翟超;;空間光通信中激光光斑檢測(cè)與特性分析[J];紅外與激光工程;2007年S1期

9 李光元;徐安士;;空間光通信廣角接收饋源研究進(jìn)展[J];中興通訊技術(shù);2008年02期

10 武學(xué)穎;郭永飛;劉鵬;;空間光通信的粗精復(fù)合軸解耦技術(shù)研究[J];光通信技術(shù);2008年09期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 榮健;李濤;鐘曉春;;基于空間光通信的射頻傳輸系統(tǒng)仿真[A];第九屆全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2010年

2 苗新;;空間光通信系統(tǒng)組網(wǎng)的傳輸設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[A];全國(guó)第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

3 王璐;張?jiān)谛?余向東;;空間光通信系統(tǒng)及光接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[A];全國(guó)第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

4 王亞麗;段錦;景文博;顧玲嘉;翟超;;空間光通信中激光光斑檢測(cè)與特性分析[A];2007年先進(jìn)激光技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2007年

5 婁巖;姜會(huì)林;陳純毅;韓成;;空間光通信大氣信道數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)分析[A];'2010系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

6 馬峻;姜興;何寧;;LabVIEW在ATP技術(shù)中的應(yīng)用[A];第六屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2）[C];2008年

7 熊準(zhǔn);艾勇;陳晶;陳二虎;趙恒;武云云;;空間光通信光纖耦合效率及補(bǔ)償分析[A];第十屆全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

8 尹福昌;張洪濤;;增強(qiáng)型視頻跟蹤器在空間光通信中的應(yīng)用結(jié)果與分析[A];第三次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

9 韓立強(qiáng);王志斌;;自適應(yīng)光學(xué)校正下空間光通信的光纖耦合效率及斯特列爾比[A];第十屆全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

10 李思源;何平安;艾勇;田雪騁;;空間光通信APT中基于CCD的精跟蹤圖像處理分析[A];第十七屆十三�。ㄊ校┕鈱W(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)暨“五省一市光學(xué)聯(lián)合年會(huì)”論文集[C];2008年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 呂靈玲 陳鐵;自由之翼——FSO[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2003年

2 歐陽(yáng)新;激光通信奠基“太空寬帶”[N];人民日?qǐng)?bào)海外版;2014年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 劉丹平;空間光通信中高精度對(duì)準(zhǔn)信息獲取方法研究[D];電子科技大學(xué);2005年

2 李祥之;空間光通信擾動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 章勇勤;空間光通信信標(biāo)光束精密控制的研究[D];武漢大學(xué);2010年

4 陳建文;激光大氣傳輸?shù)男诺兰靶阅苎芯縖D];華中科技大學(xué);2007年

5 黎明;MIMO空間光通信中空時(shí)編碼和陣列信號(hào)檢測(cè)技術(shù)[D];武漢大學(xué);2011年

6 黃海波;復(fù)合軸光電精密跟蹤伺服控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢大學(xué);2011年

7 白帥;空間二維光電轉(zhuǎn)臺(tái)的高穩(wěn)定捕獲跟蹤技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

8 左韜;移動(dòng)平臺(tái)ATP系統(tǒng)的捕獲跟蹤與控制[D];武漢大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 唐嫻;空間光通信中光學(xué)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2006年

2 王萍萍;空間光通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];武漢大學(xué);2004年

3 王程;空間光通信終端容錯(cuò)控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 姜忱;空間光通信信道仿真研究[D];吉林大學(xué);2011年

5 聶歲友;空間光通信系統(tǒng)方案和誤碼率影響因素分析研究[D];南京理工大學(xué);2005年

6 王建;空間光通信系統(tǒng)靈敏度測(cè)試方法研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2010年

7 郭瑞;空間光通信中半導(dǎo)體激光束的準(zhǔn)直及小角度測(cè)量[D];電子科技大學(xué);2005年

8 王偉良;空間光通信發(fā)射系統(tǒng)控制技術(shù)的研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2012年

9 宮玉琳;空間光通信中大功率、高速率直接調(diào)制技術(shù)的研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2009年

10 鄧?yán)?自由空間光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2005年

，

本文編號(hào)：1215955