本文關(guān)鍵詞：自由空間量子密鑰分配中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 量子密鑰分配 運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 偏振基矢 符號(hào)法控制 形態(tài)學(xué)濾波

【摘要】：21世紀(jì)以來(lái),量子通信技術(shù)隨著光電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信理論的發(fā)展逐漸成為改變?nèi)祟惪茖W(xué)認(rèn)知的一門新興科學(xué),是解決當(dāng)前通信技術(shù)手段難以保障信息絕對(duì)安全的一種通信方案。量子秘鑰分配技術(shù)作為量子通信技術(shù)實(shí)用化的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域,正在受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。本論文以自由空間量子密鑰分配系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)測(cè)量及穩(wěn)定跟蹤為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了在運(yùn)動(dòng)環(huán)境下量子密鑰分配過(guò)程中偏振基矢的空間傳遞過(guò)程,分析了偏振基矢的獲取方法。以正交偏振信標(biāo)光作為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)和偏振基矢改變的測(cè)量載體,通過(guò)使用二維光電位置傳感器對(duì)信標(biāo)光攜帶的三維姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量,從而獲得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的俯仰、方位和滾轉(zhuǎn)的角度信息,同步實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤和偏振基矢測(cè)量的目的。針對(duì)二維光電位置傳感器的三維姿態(tài)測(cè)量原理,進(jìn)行了深入的理論分析和仿真,建立了單器件三維姿態(tài)測(cè)量的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)位置測(cè)量實(shí)驗(yàn)、偏振測(cè)量實(shí)驗(yàn)和三維姿態(tài)測(cè)量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了單器件三維姿態(tài)測(cè)量方案的可行性。同時(shí),在青海湖和普陀山對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了自由空間量子密鑰分配試驗(yàn),對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試,分析了車載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、熱氣球運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和機(jī)載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),針對(duì)量子密鑰分配中原有的ATP系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上跟蹤帶寬不足、目標(biāo)捕獲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題,在原有二級(jí)穩(wěn)瞄系統(tǒng)中增加了初級(jí)跟蹤環(huán)節(jié),提高了系統(tǒng)的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)效率和穩(wěn)定性。在跟蹤策略上,引入符號(hào)法控制,根據(jù)不同的符號(hào)向量產(chǎn)生不同的控制策略,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、自適應(yīng)的目標(biāo)跟蹤控制過(guò)程,改善了原有PID控制方法試探性修改控制參數(shù)的弊端。在信號(hào)處理上,利用形態(tài)學(xué)濾波的方法設(shè)計(jì)了一種交替混合型形態(tài)學(xué)濾波器,實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的快速、穩(wěn)定的濾波輸出。本論文基于中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目支持,重點(diǎn)從工程技術(shù)的角度對(duì)自由空間量子密鑰分配系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)測(cè)量和跟蹤方法進(jìn)行分析和研究,對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論證和推導(dǎo),對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維姿態(tài)獲取進(jìn)行試驗(yàn)和仿真,推動(dòng)了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)量子密鑰分配技術(shù)的工程化發(fā)展。整個(gè)論文的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括:1)在深入分析偏振光傳遞機(jī)理的基礎(chǔ)上,對(duì)二維光電位置傳感器的橫向光電效應(yīng)在三維姿態(tài)測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行理論推導(dǎo)和模型仿真,提出一種基于二維光電位置傳感器實(shí)現(xiàn)三維姿態(tài)測(cè)量的分振幅測(cè)量方法,實(shí)現(xiàn)了方位、俯仰和偏振基矢角的同步測(cè)量(方位、俯仰角度測(cè)量范圍±15°、分辨率0.005°;偏振基矢角度測(cè)量范圍0~90°,最優(yōu)分辨率0.1°)。2)通過(guò)建立符號(hào)向量,提出一種基于符號(hào)法的跟蹤控制策略,改進(jìn)了常規(guī)PID控制中控制系統(tǒng)參數(shù)需要試探性修改的弊端,提高了跟蹤控制過(guò)程的穩(wěn)定性和自適應(yīng)性,在大負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)初跟蹤±0.1°的跟蹤精度;3)基于形態(tài)學(xué)的信號(hào)濾波方法,通過(guò)選取多類型的結(jié)構(gòu)元素,建立一種交替混合型形態(tài)學(xué)濾波器,在滿足試驗(yàn)精度的前提下實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的快速穩(wěn)定輸出過(guò)程;4)通過(guò)對(duì)車載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、熱氣球浮空運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和機(jī)載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析,獲得不同運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和頻譜構(gòu)成,優(yōu)化了ATP跟蹤系統(tǒng)的控制參數(shù),較好地完成了自由空間量子密鑰分配中的試驗(yàn)工作。
【關(guān)鍵詞】：量子密鑰分配 運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 偏振基矢 符號(hào)法控制 形態(tài)學(xué)濾波
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O413;TN918.4
【目錄】：

• 致謝4-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 課題背景13-15
• 1.2 量子密鑰分配技術(shù)及編碼協(xié)議15-22
• 1.2.1 量子密鑰分配技術(shù)15-20
• 1.2.2 量子密鑰編碼協(xié)議20-22
• 1.3 國(guó)內(nèi)外自由空間運(yùn)動(dòng)平臺(tái)光量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀22-27
• 1.4 論文的研究?jī)?nèi)容及意義27-28
• 1.5 小結(jié)28-29
• 2 量子密鑰分配中的偏振基矢29-65
• 2.1 量子密鑰分配中的光路系統(tǒng)29-36
• 2.1.1 量子密鑰分配光路29-33
• 2.1.2 偏振基矢檢測(cè)信標(biāo)光路33-36
• 2.2 偏振光的空間姿態(tài)傳遞36-51
• 2.2.1 偏振光的姿態(tài)傳遞過(guò)程36-38
• 2.2.2 偏振光的鍍膜界面分析38-42
• 2.2.3 偏振光的方位角變化42-46
• 2.2.4 透鏡對(duì)偏振光的影響46-47
• 2.2.5 大氣對(duì)偏振光的影響47-51
• 2.3 偏振基矢角的檢測(cè)51-60
• 2.3.1 Malus定律的橢偏光應(yīng)用51-52
• 2.3.2 偏振角度的檢測(cè)方法52-55
• 2.3.3 正交信標(biāo)光的姿態(tài)檢測(cè)55-60
• 2.4 偏振基矢角的偏差對(duì)量子密鑰分配中誤碼率的影響60-63
• 2.5 小結(jié)63-65
• 3 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)方位-俯仰-滾轉(zhuǎn)的三維姿態(tài)分析及傳感過(guò)程65-97
• 3.1 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的三維姿態(tài)65-73
• 3.2 三維姿態(tài)測(cè)量中的場(chǎng)矢量73-74
• 3.3 二維面光電探測(cè)器的功能及三維姿態(tài)測(cè)量原理74-83
• 3.4 二維PSD探測(cè)器進(jìn)行三維姿態(tài)測(cè)量83-95
• 3.4.1 橫向光電效應(yīng)84-87
• 3.4.2 點(diǎn)光源照射下電極電流及位置計(jì)算87-92
• 3.4.3 光斑模式及電勢(shì)場(chǎng)分布92-95
• 3.5 小結(jié)95-97
• 4 信標(biāo)三維姿態(tài)測(cè)量及信號(hào)處理97-119
• 4.1 三維姿態(tài)測(cè)量中的傳感器及附加實(shí)驗(yàn)部件97-101
• 4.1.1 二維PSD探測(cè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)97-98
• 4.1.2 光功率和能量計(jì)98-99
• 4.1.3 附加實(shí)驗(yàn)部件99-101
• 4.2 光電導(dǎo)式傳感器的噪聲及分析101-104
• 4.3 三維姿態(tài)測(cè)量及驗(yàn)證104-112
• 4.3.1 位置測(cè)量實(shí)驗(yàn)104-107
• 4.3.2 偏振測(cè)量實(shí)驗(yàn)107-109
• 4.3.3 三維姿態(tài)解耦實(shí)驗(yàn)109-112
• 4.4 基于形態(tài)學(xué)的濾波器設(shè)計(jì)112-117
• 4.4.1 形態(tài)學(xué)濾波運(yùn)算112-114
• 4.4.2 交替混合型形態(tài)濾波及效果114-117
• 4.5 小結(jié)117-119
• 5 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特征及符號(hào)法控制策略119-147
• 5.1 信標(biāo)初指向系統(tǒng)119-128
• 5.1.1 初指向用大負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)121-122
• 5.1.2 慣性減震平臺(tái)122-124
• 5.1.3 GPS互聯(lián)指向124-128
• 5.2 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特征128-133
• 5.2.1 車載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)128-129
• 5.2.2 熱氣球運(yùn)動(dòng)平臺(tái)129-132
• 5.2.3 機(jī)載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)132-133
• 5.3 初指向系統(tǒng)中的符號(hào)法控制策略133-142
• 5.3.1 初始條件及符號(hào)法判別134-140
• 5.3.2 二分法控制參數(shù)更新140-141
• 5.3.3 超調(diào)及超前補(bǔ)償141-142
• 5.4 控制性能及效果142-145
• 5.5 小結(jié)145-147
• 6 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)外場(chǎng)試驗(yàn)147-159
• 6.1 車載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)147-150
• 6.2 熱氣球運(yùn)動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)150-154
• 6.3 機(jī)載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)154-157
• 6.4 小結(jié)157-159
• 7 總結(jié)及展望159-161
• 參考文獻(xiàn)161-169
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果169-170

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 田俊林;潘旭東;游安清;;運(yùn)動(dòng)平臺(tái)目標(biāo)引導(dǎo)數(shù)據(jù)解算及誤差分析[J];強(qiáng)激光與粒子束;2014年08期

2 胡天鏈;梁艷陽(yáng);熊偉;;小球運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];中國(guó)科技信息;2010年16期

3 王偉明;于遲;馬樹(shù)元;謝虎;;磁懸浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)電磁力有限元分析[J];微電機(jī);2011年10期

4 ;[J];;年期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 代小林;叢大成;韓俊偉;李洪人;;基于凱恩方程的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)多剛體動(dòng)力學(xué)建模[A];第五屆全國(guó)流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議暨2008年中國(guó)航空學(xué)會(huì)液壓與氣動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

2 由俊生;由勇;許敘遙;馬月欣;;持續(xù)載荷飛行仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的預(yù)測(cè)控制研究[A];中國(guó)航空學(xué)會(huì)控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

3 韓e，

本文編號(hào)：727506