空间光通信ATP系统的研究

自由空间光通信是以激光为载波,以大气为传输媒质的新型通信技术。捕获、跟踪、瞄准(ATP)子系统是自由空间光通信系统的关键技术之一。给出了空间光通信系统中ATP子系统的原理,对由共轴双检测法组成的ATP系统进行了研究,建立了共轴双检测ATP试验系统。结果表明采用共轴双检测ATP系统能够提高系统精度和稳定性,跟踪精度比复合控制ATP系统有了明显提高。     

空间激光通信系统动态跟瞄参数测试方法研究

跟瞄精度是空间激光通信系统捕获、跟踪和瞄准(acquisition,tracking and pointing, ATP)分系统的重要指标参数之一,其准确测量是评估空间激光通信系统远距离通信性能的关键。介绍了空间激光通信系统ATP分系统跟瞄精度的测试方法,设计了一种基于平行光管法的空间激光通信系统动态瞄参数测量装置,分析和讨论了影响动态跟瞄精度测量不确定度的因素。试验表明,该测量装置在100 Hz振动频率条件下,ATP分系统稳定精度测量不确定度达到1.9 μrad(k=2),可用于空间激光通信系统ATP分系统跟瞄参数检测以及远距离激光通信性能评估。     

基于Wollaston棱镜的大角度液晶光束偏转系统

设计了一种能够应用于空间光通信的大角度高精度光束偏转系统。系统采用液晶空间光调制器(LCSLM)实现小角度光束偏转,采用多Wollaston棱镜级联实现角度放大。介绍了LCSLM和Wollaston棱镜的光束偏转原理,并对大角度高精度光束偏转系统进行了仿真分析。仿真结果表明系统能够实现角度范围为±13.25°的光束偏转。国内首次提出运用Wollaston棱镜来实现大角度的光束偏转。     

振动对星间相干激光通信的影响

针对星间相干激光通信中卫星平台的振动造成发射天线和接收天线的瞄准角误差，使系统信号信噪比下降，误码率 (BER)增加，该文以瑞利分布作为振动造成的瞄准角误差模型，结合高斯本振光和艾里信号光外差检测模型，以PSK零差通信体制为例分析卫星振动对系统的瞬时误码率和平均误码率的影响，给出误码率仿真计算结果。指出接收天线瞄准角误差对星间光通信质量影响很大，在瞄准角误差的标准偏差σ小于1μrad范围内，系统误码率小于10^-6。     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

高帧频信标光定位与跟踪实验研究

信标光斑准确定位是完成空间光通信跟踪和捕获时的一个重要方法。应用改进的Otsu分割方法,对采集序列图像进行实时处理,提取潜在的信标光斑,对后续图像处理引入感兴趣区域的读入技术,在感兴趣区域内对信标光图像进行处理,应用卡尔曼预测模型实现了信标光跟踪,并将跟踪误差控制在精跟踪视场之内。实验结果表明,改进的Otsu具有更佳的抗噪能力和分割效果,并且实时性和定位精度均获得了满意的结果。     

空间环境对卫星光通信系统性能的影响分析

分析了空间环境对卫星光通信系统的主要影响因素,包括高能带电粒子辐射、太阳辐射、等离子体辐射等环境。分析结果表明,为了有效减小卫星光通信器件的单粒子翻转率,需要对轨道倾角和轨道高度进行优化设计;为了有效抑制太阳辐射,对日俯仰角需要限制在一个很小的变化范围;增大信号发射功率和减小系统跟瞄误差都是提高卫星光通信系统可靠性的有效途径;对等离子体辐射环境来说,300eV以上的中等能量等离子体会严重干扰卫星的正常工作。     

光学平台减振方法初步分析

光学ATP（捕获、跟踪和瞄准）系统对其支撑平台在振动环境下的稳定性要求很高，由于对ATP系统稳定跟踪精度有明显影响的是相对惯性空间的角振动，而不是线振动，结合ATP系统的稳定跟踪能力，要求减振平台沿任意轴向的角振动功率谱密度在1～50Hz频带内满足指标。     

光通信 其他

TN923.13 2006032597自由空间光通信ATP系统中精瞄偏转镜的设计=Designof fine pointing tip/tilt mirror of ATP system for freespace optical communication[刊,中]/邵兵(哈尔滨工业大学机器人研究所.黑龙江,哈尔滨(150001)) ,孙立宁…∥光学精密工程.—2006 ,14(1) .—43-47二维精瞄偏转镜是自由空间光通信中捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的关键组成部分,对偏转镜进行了机构设计和有限元模态分析,偏转镜采用压电陶瓷驱动器驱动,采用柔性铰链传动。研制了集驱动、检测、主控模块为一体的数字式精密定位控制器,在实验室构建了两套测试系…     

模糊PID控制在ATP伺服系统中的应用

针对空间光通信ATP伺服系统采用一种模糊PID参数自整定的控制方法,结合模糊控制与常规PID控制的优点,讨论了模糊PID参数自整定控制器的设计方法。利用MATLAB中的模糊控制工具箱进行了系统的辅助设计与仿真实验,并与传统PID控制系统进行比较。仿真结果表明,该控制方法明显优于传统PID控制,并能使ATP系统的视轴稳定性得到提高。     

卫星激光通信跟瞄精度测试方法及其实验研究

卫星激光通信捕获、跟踪、瞄准(ATP)需要端机具备有微弧度(μrad)量级的高精度跟踪能力。如何检验通信端机的这一特性是一个很重要的问题。设计了一套端机跟瞄精度测试装置。装置模拟入射光方向的偏转,端机跟踪从偏转方向发出的回馈信标光。通过测量回馈光远场光斑的位置变化可以得到端机的跟瞄精度。测试实验表明,当入射光方向的变化小于4μrad,测试频率在0~250Hz时,测试系统的精度可达到0.2μrad。此项工作对卫星激光通信的光链路通信的研究以及对端机性能的整体评估具有重要意义。     

Effect of plane-mirror installation errors on pointing errors in periscope-type satellite optical communication terminals

In a satellite optical communication system, the pointing error is an important factor that strongly influences the system performance. For periscope-type satellite optical communication terminals, installation errors of 45° plane mirrors in the coarse point apparatus (CPA) can lead to pointing errors. In this respect, we classify the installation errors of two 45° plane mirrors in the system and derive the corresponding ??transfer?? matrices to describe them. Furthermore, we establish mathematical models of the pointing error caused by installation errors of 45° plane mirrors. These models allow one to calculate and compensate the pointing errors in periscope-type satellite optical communication terminals. The results of our simulations show that the pointing errors vary with the elevation axis angle but do not depend on the azimuth axis angle. Compared to the side-angle error, the slope-angle error brings a larger pointing error. However, the mathematical model we developed allows one to compensate more than 99.9?% of the overall pointing error. The present work provides a theoretical basis for the design of periscope-type satellite optical communication terminals.     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

 实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下，跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下，对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路，在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得上行链路余量最大；对于下行链路，在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合，得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

Control analysis of acquirement and locking in inter-satellite laser communications

Process of acquirement and locking-up of compound axis system in inter-satellite laser communication has been studied. The effect of different condition parameters on the process of acquirement and locking-up have also been researched and simulated. Simulation results show that when the system with appropriate bandwidth has been adopted, both fine pointing system and coarse pointing system can satisfy three requirements of step response, stability criterion and dwell time and then finish the acquirement and locking-up of beacon laser beam. The simulation results provide the suited condition parameters for both fine pointing system and coarse pointing system, which is very helpful to the subsequent point and tracking processes.     

自由空间光通信地面演示系统光束APT设计与实现

自由空间光通信将成为未来空基通信一种可行且诱人的通信手段。光束的捕获、对准和跟踪是自由空间光通信中必须解决的关键技术之一。本文对设计的自由空间光通信地面演示系统进行分析。详细论述演示系统的组成及功能，APT伺服系统的设计和演示实验的工作流程。最后给出实验测试结果。     

高精度星载点目标轨迹跟踪系统设计

一种高精度星载点目标轨迹跟踪系统,利用拟合点目标轨迹曲线的方法将点目标位置数据简化成多项式系数的数据包,由地面测控系统发送至星上遥感器指向控制单元。指向控制单元与时间管理单元解析数据包中时间参数与系数参数,控制指向镜机构进行运动,对点目标轨迹进行自主跟踪。此方法提高了跟踪系统的跟踪精度,减轻了目标跟踪时总线通信压力。经过试验验证,系统的跟踪精度远优于传统的目标跟踪方法,可进行推广使用。