一种基于DSP技术的信标光跟踪系统研究

针对目前星地光通信链路建立所急需解决的三大难题,远距离通信、强实时处理和高准确度光束对准,搭建了以DSP（TMS320DM642）为核心处理器,结合CCD、视频解码芯片、SDRAM等外围资源的小型移动平台间信标光跟踪系统,给出了系统的设计原理.根据卫星变速运动的特点,提出了一种最小二乘法的阶数自适应选取算法,对卫星运动轨迹进行动态模拟预测.结果表明,该系统能应用于复杂运动状态下的目标跟踪.     

单框架控制力矩陀螺转子动不平衡对遥感卫星成像的影响

分析了单框架控制力矩陀螺（SGCMG）转子在高速旋转时产生的动不平衡干扰力矩引起的星体颤振角和颤振角速度对TDI CCD相机成像的影响。通过坐标变换将转子坐标系下的干扰力矩转换至星体坐标系下的干扰力矩,将卫星姿态动力学方程计算出干扰力矩引起的星体颤振角位移和颤振角速度代入TDI CCD相机成像像移补偿模型;利用TDICCD相机像点与物点对应模型的仿真系统仿真了陀螺转子在不同转速下引起星体颤振角位移和角速度对相机成像的影响;最后,利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像质量。仿真显示：SGCMG转子在转速为3 000 r/min时,横向调制传递函数为0.997,图像互相关相似性测度为0.996 1;转速为6 000 r/min时,横向调制传递函数为0.928 3,图像互相关相似性测度为0.974 8。结果表明：SGCMG转子在高速旋转过程中引起的星体颤振角位移和角速度严重影响了TDI CCD相机的成像质量,应依据颤振的影响对SGCMG实施减震措施。     

自由空间光通信APT系统仿真

高精度、宽带宽的激光捕获、对准和跟踪(APT)技术是自由空间激光通信的关键技术。简要的分析了APT系统的工作原理,建立了仿真的数学模型,利用Simulink语言,实现了卫星激光通信中APT过程的动态仿真,在此基础上设计了星际激光通信复合轴APT综合模拟实验系统。由该系统得出的有效抑制带宽为200～300Hz,经过粗、精两环抑制后的振动残差为1.2μrad,通过实验获得的数据与理论分析一致。仿真结果为系统的设计以及系统的可靠性提供了保证,为进一步发展空间激光通信技术提供了理论依据。     

采用原子滤光器的新型激光信标方案研究

提出了采用法拉第反常色散滤光器（ＦＡＤＯＦ）的光电双反馈激光信标新方案。该方案通过数字控制系统和光反馈系统的共同作用，使激光信标系统的稳定性、抗干扰性和可靠性大大提高，并实现了上电自动工作。这种新型激光信标的频率稳定度优于５×１０－９，在３０ｍｓ内可将半导体激光频率稳定在法拉第反常色散滤光器任一透射峰上。该方案可与采用法拉第反常色散滤光器的新型跟瞄系统匹配使用，对建立卫星激光通信链路有重要意义。     

Using multi-exposure of color fringes to measure the beating motion of a moth

A multi-exposure of color fringes method has been developed to improve the capture speed of a conventional color CCD camera. In the method, four groups of projected fringe patterns encoded with different colors and different directions are stored in one CCD frame. Therefore the capture frequency of the conventional CCD can be improved to 200 Hz. It is available to measure the insect wings with low beating frequency, such as dragonfly, moth, or butterfly, whose beating frequency is about 30–40 Hz. We have used the method to measure the beating motion of a moth successfully.     

基于LabVIEW的振动信号分析系统设计

针对机械故障监测的需求,开发了振动信号分析系统。采用LabVIEW图形化开发工具,系统实现了振动信号分析流程和基本的信号分析方法,能够对振动信号进行预处理,并从时域、频域和时频域角度对其进行特征提取。完成了基于仿真信号和实测的公开振动数据集进行验证,实验结果表明,所开发的振动信号分析系统具备参数配置灵活、结果显示直观、扩展性强的优势,为基于振动测试的机械故障监测提供了基础平台。     

机载光通信复合轴光路优化设计和跟瞄技术研究

根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120μrad,精跟踪系统带宽大于300Hz,执行动态范围达5mrad,跟踪精度达3μrad,并成功实现通信距离17.5km、通信速率1.5Gbps,误码率达1E-7的飞机对地面激光通信实验.     

空间光通信中基本振动对误码率的影响分析

在探讨卫星振动对空间光通信系统误码率所产生的影响时，有必要分析不同振动类型的影响问题。为了使讨论简单，本文主要侧重对正弦振动进行分析。分析结果表明，当振动持续时间为整周期时，误码率仅为振幅的函数，此时误码率随振幅的增加迅速上升，而与振动频率无关；当振动持续时间为非整周期时，误码率随时间的增加而波动，波动的起伏逐渐减小，误码率趋于仅与振幅有关的常数。该项工作为今后研究卫星复杂振动对空间光通信的影响打下了基础，同时也为研究对卫星振动影响的补偿分析提供了有意义的参考     

轨道振动的非接触测量

ＣＣＤ实时地非接触检测铁轨的振动情况是一种既方便又准确的测量方法。该方法能够测出轨道振动的幅度、频率、相位、加速度等参数。ＣＣＤ非接触测振系统由照明光源、成像系统、ＣＣＤ、检测逻辑接口电路及计算机软件构成。通过实际检测，它能够达到振幅测量精度为０．１ｍｍ，最大量程为１００ｍｍ，频率不低于２００Ｈｚ。该系统可扩展到用非接触方法测量各种机械振动、位移量和物体边沿检测等应用领域。     

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。     

多晶硅片反应离子刻蚀制绒后扩散工艺的匹配性

根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120 μrad,精跟踪系统带宽大于300 Hz,执行动态范围达5 mrad,跟踪精度达3 μrad,并成功实现通信距离17.5 km、通信速率1.5 Gbps,误码率达1E-7的飞机对地面激光通信实验.     

光学系统受迫振动的激光测量方法

将激光信号与高帧频CCD结合,解决了光学系统中振动信号和激光信号之间的转换问题,不仅能够测量振动对系统光束指向稳定性的影响,而且能够得到振动信号本身的频率特性。利用该方法对振源为150 Hz和200 Hz两种条件下的光学系统受迫振动进行测量,得到了与输入信号相吻合的振动信号属性。通过实验与分析得知:时域振幅测量精度为6.25 m,频域分辨力为2 Hz,方法简便高效,测量结果准确,已应用于角多路准分子激光主振荡功率放大器系统打靶试验平台光束指向稳定性的研究中。     

深空光通信中的图像信标捕获技术

为实现深空光通信链路建立过程中精确的对准,提出了一种深空光通信系统扩展信标的捕获方案。该方案以可视地球图像作为信标,在航天器上存储一幅信标图像作为参考图像,采用天线扫描的方式在各点对所瞄准的区域成像,利用像素扫描的方式,使参考图像和实际探测图像进行相关,在天线扫描完成以后,找出相关性最大的位置,即可认为在该点捕获到地球图像。在计算两图像相关系数的过程中,由于傅里叶梅林变换幅度谱具有伸缩及旋转不变性,因此利用傅里叶梅林变换即可消除两图像相关系数因为旋转和伸缩的影响。利用蒙特卡罗方法随机产生1000个视场,仿真结果表明,3σ内正确捕获到信标图像的概率为99.6%,表明这是一种可行的方法。     

Design and vibration control of a notch-based compliant stage for display panel inspection applications

Both fast positioning and eliminating relative vibration between automatic optical inspection devices and the associated workpieces are critical for enhancing the throughput of product inspection. Both goals can be achieved by proper control of the stage where the camera is mounted. In this work, a one-dimensional compliant stage, consist of a notch-based structure and a mechanical amplifier, is designed and controlled for fulfilling the above mentioned goals. Essential finite element simulation and structural testing are performed to further characterize the structure and to obtain the system dynamics for controller design. The fundamental natural frequency of the designed stage is approximately 410 Hz and a displacement amplification ratio of 1.21 is achieved. The stage is actuated by a PI-843.40 piezoelectric actuator and the motion is monitored by an ASP-10-CTR capacitance probe. The entire signal acquisition and control are performed under a NI LabView environment using a NI cRIO-9014 FPGA real time controller, where both PID and sliding motion controllers are implemented. The results indicate that a close loop bandwidth of 12 Hz or 29 Hz and a steady state resolution of 50 nm can be achieved after PID or sliding mode control. With such a response, the motion induced vibration may be suppressed for subsequent automatic optical inspection and other applications such as coordinate measurement systems.     

Acquisition performance analysis for intersatellite optical communications with vibration influence

A stable and accurate pointing, acquisition system is an important part of initially building intersatellite optical communication links. Satellite platform vibration can cause the system instability and reduce the system precision in building and maintenance of a satellite optical communication system. In this paper, vibration influence is consciously discussed by acquisition time for intersatellite optical communications. Analytical expression of acquisition possibility is derived, taking the scan parameters and platform vibration into account, and vibration influence on the multi-scan acquisition time is also presented. The theoretical result calculated by the proposed analytical expression is approximate to the result by the Monte Carlo simulation.     

TDICCD相机的卫星姿态稳定度确定

为解决卫星平台振动造成的图像质量下降问题,提高TDI CCD相机成像质量,分析了卫星姿态稳定度的范围及影响。讨论了卫星平台振动与TDI CCD成像质量的相关性,推导了卫星平台姿态稳定度和像移的关系公式,得出TDI CCD相机对卫星姿态稳定度的要求与轨道高度以及积分级数有关。实验验证了公式推导,结果显示：轨道高度越高,积分级数越大,对卫星姿态稳定度的要求就越严格。数据表明：轨道高度在200～1000 km变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.0377 rad/s提升至0.00635 rad/s;TDI CCD 相机的积分级数在1～100间变化时,对卫星姿态稳定度的要求从0.014 rad/s提升到0.00014 rad/s。本文工作确定了卫星姿态稳定度和轨道高度以及积分级数的关系,有助于TDI CCD成像质量的提升。     

柔性铰链结构特性对快速反射镜性能影响分析北大核心CSCD

柔性铰链作为快速反射镜(fast steering mirror,FSM)的关键部件之一,分析其结构特性对FSM性能的影响,用于指导FSM结构设计。通过将柔性铰链简化为弹性环节,等效为3轴的平动刚度和3轴的转动刚度,基于欧拉动力学,建立了两轴FSM的运动微分方程,搭建了FSM控制系统的Simulink仿真模型;在给定振动环境下,仿真分析了结构谐振频率对FSM性能的影响,指出平动固有频率越大,FSM锁零精度越高,平动固有频率选择在伺服系统增益交界频率2倍以上;考虑到锁零精度要求和电机力矩限制,转动固有频率选择在25 Hz~50 Hz。最后结合实物进行了振动试验,仿真结果与振动试验结果一致,验证了仿真模型的正确性。     

卫星光通信系统中CCD器件的空间辐射特性研究

 为了提高卫星光通信系统中电荷耦合器件（CCD）空间抗辐射性能,分析了空间辐射环境对CCD器件造成的电离辐射效应和位移辐射效应。通过理论分析和数值模拟计算研究了不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态对CCD电荷转移效率（CTE）的影响,结果表明,空间辐射主要在暗电流密度和电荷转移效率两方面影响CCD器件的工作性能。卫星光通信系统中的CCD器件应该选择P沟道CCD,并且在系统不工作时尽量使其处于非偏置状态。     

不同控制参数下的弹簧摆

通过拉格朗日方程得出弹簧摆系统的动力学方程,并以频率比作为控制参数,利用Matlab软件对不同控制参数和初始摆角下的弹簧摆进行了数值模拟,从而直观地研究了弹簧摆的运动.     

Rain Rate Statistics and Fade Distribution of Millimeter Waves in Indian Continents

For any communication service operating in the Microwave/ Millimeter wave region, statistical information characterising the attenuation due to rain along satellite slant path would be required for the design of satellite communication links and for the broadcasting network above 20 Ghz. It is necessary to have a prior knowledge of the probability of exceeding different levels of rain attenuation in order to design appropriate fade margins into systems and establishing estimates of the year to year variability of rain fade margin for particular geographic regions of India so that the communication system reflects the extremes of these variabilities. Direct measurement of beacon signals from geostationary satellites have been a mean to determine the above information and experiments can be pursued with satellite such as INSAT. [1]Attenuatiuon of Millimeter Waves by rainfall restricts the path length of a communication system. A knowledge of the rain attenuation at such frequencies is therefore desirable in designing a reliable communication system. Signal level fading over line-of-sight links strongly depends on the hop length, frequency and climate. For short hops, the probability of occurance of deep fades becomes diminishingly small. However, since an extended hop length is possible for regions with little rain activity, clear weather fading can affect the link reliability in a similar way ti a rain.[2]