空间光通信粗跟踪系统卡尔曼预测控制技术研究

以仿真转台运动模拟光电目标,基于双DSP处理器和精密的机械转台搭建了空间光通信二维实验演示系统。软件上基于TMS320F2812处理器实现了卡尔曼预测控制算法,将该算法与常规的PID经典控制相比较,并进行了卡尔曼预测控制算法验证实验研究。实验结果表明:相比于常规的PID算法,在保证足够的系统采样点数,卡尔曼预测控制具有较好的控制效果。     

空间光通信APT技术分析

在空间光通信系统中，空间光束的自动搜索、跟踪、瞄准，即APT(Acquisition，Pointing and Tacking)是一项非常关键、非常重要的技术。文中对APT的工作原理、关键技术等进行了分析。     

空间组网光通信粗跟踪系统的模型预测控制

针对一对多组网光通信粗跟踪伺服控制系统,通过解析法和正弦扫频辨识建立了粗跟踪系统的模型,然后依据数学模型设计了模型预测控制器(MPC),进行了与比例-积分-微分(PID)控制器的对照实验。实验结果表明MPC控制器能以10μrad的误差跟踪0.1 Hz的正弦信号,跟踪精度是PID控制器的两倍。在叠加了50 Hz,幅值1.8 m随机噪声的情况下,MPC控制器的最大稳态跟踪误差为55μrad,只有PID控制器最大稳态跟踪误差的一半。并且在运动平台的粗跟踪实验中,MPC控制器的稳态误差最大为15μrad,PID控制器的稳态误差最大为25μrad。表明MPC控制器可以有效提高一对多光通信粗跟踪控制效果。     

空间光通信ATP技术应用与研究进展

针对空间光通信（FSO）中的关键技术--捕获、跟踪和对准（ATP）技术,描述了ATP主要的系统结构和实现方案,以及国内外在这一领域内的研究现状、研究方向和应用,同时介绍了时域、空域接收技术和混合结构（HFR）在科研与商业领域中应用的最新技术进展.     

国内外空间光通信技术发展及趋势研究

全面介绍了国内外卫星光通信技术的发展、研究状况及卫星光通信技术系统的组成和主要关键技术,分析了卫星光通信相对于卫星微波通信的优点,最后对卫星激光通信的前景进行了综述。     

空间光通信精跟踪系统地面模拟实验

提出了一套简便易行的空间光通信精跟踪演示系统方案,详细介绍了精跟踪演示系统的组成。信标光斑定位和跟踪算法决定了跟踪带宽,信标光斑定位的传统方法存在系统误差和随机误差,采用像元细分对误差进行校正;跟踪算法采用改进神经网络算法,利用神经网络的自学习和自适应能力,在线调整网络加权值,增强了系统的实时跟踪性能。最后分析了像元细分对定位精度的改善,比较了不同定位算法的跟踪性能,改进的神经网络算法提高了精跟踪系统的鲁棒性。采用400Hz的CCD,针对不同频率的信标抖动进行跟踪补偿实验,实验结果表明,50Hz的信标光抖动范围压缩了25.7%。     

基于贝叶斯框架的空间群目标跟踪技术

对大量密集的空间群目标进行有效跟踪、编目已成为空间监测的迫切需求。地基雷达作为近地轨道空间监测的主要手段,在对高密度的空间小碎片云进行跟踪时,通常会由于分辨能力有限,造成对个体目标检测、观测信息严重缺失,使得传统的多目标跟踪技术难以奏效。为此,该文基于群跟踪的概念,在贝叶斯框架下以群目标的整体运动趋势为跟踪对象,同时兼顾个体的运动目标轨迹跟踪,通过建立群目标的中心和观测量之间的相互作用约束模型,可以提升在漏警概率较高情况下的目标数目估计的稳健性以及单个目标的跟踪精度。贝叶斯积分的求解过程通过MCMC-Particle 算法具体实现。通过对空间群目标跟踪的仿真实验验证了群跟踪技术的有效性。      

目标实时跟踪与预测算法研究

实时成像跟踪系统要求对运动目标能够有较快的响应速度,跟踪的响应时间越短,系统的实时性就越好,从而可靠的跟踪系统显得尤为重要。文中在研究了目前常用几种跟踪算法的基础上,提出一种基于目标特征匹配和Kalman预测相结合的跟踪方法,选取目标的灰度直方图信息做为特征匹配模板,使用Kalman滤波器对目标在下一帧图像中可能出现的位置进行预测,在预测范围内进行搜索及模板匹配,实验结果表明,该跟踪算法能够对目标实现稳定可靠的跟踪。     

空间光通信精跟踪系统电路接口板设计

介绍了空间光通信精跟踪系统,提出了系统接口电路板的设计及扩展需求,进而设计了精跟踪系统接口电路板,并详细讨论了图像采集模块和DA模块的设计.上电测试了电路板接口板的相关功能,测试结果表明,CMOS相机输出时钟以及同步信号正常,DA模块工作正常,验证了设计的有效性.     

空间光通信ATP技术应用与研究进展

针对空间光通信(FSO)中的关键技术——捕获、跟踪和对准(ATP)技术,描述了ATP主要的系统结构和实现方案,以及国内外在这一领域内的研究现状、研究方向和应用,同时介绍了时域、空域接收技术和混合结构(HFR)在科研与商业领域中应用的最新技术进展。     

市内建筑物间无线光通信粗跟踪模拟实验研究

针对空间无线光通信中捕获、瞄准和跟踪（ATP）技术的粗跟踪系统对信标光斑实时准确跟踪需求,搭建了地面建筑建筑物间无线光通信粗跟踪二维模拟实验系统,分别进行了微弱机动和不同速度下的非机动模拟跟踪实验,采用简易有效的跟踪性能评价方法分析了实验结果。实验表明：非机动状态下的X轴跟踪误差随着模拟目标运动速度增大而增大,Y轴误差...     

高铁无线光通信技术研究现状

针对传统高铁通信系统中用户通信频繁中断和轨道安全等问题,介绍了无线光通信技术在高铁通信中的应用,主要围绕高铁无线光小区切换、光跟瞄、光轨道监测和光通信实验这4种技术,分析了高铁无线光通信信道模型,包括湍流、雨天和雾天信道模型.最后展望了高铁无线光通信技术的研究方向.     

船-岸无线激光通信实验

针对船载平台的特性设计了激光光束跟踪控制策略,并根据船-岸激光通信的特点,设计了155Mbit/s岸上通信终端和船载通信终端完成船-岸激光通信跟踪实验。其中船载终端x轴跟踪残差为3.5μrad(σ),y轴为6.7μrad(σ);平均接收光功率为-29.76dbm,标准差0.35dbm。岸上终端x轴跟踪残差为1.7μrad(σ),y轴为3.9μrad(σ);平均接收光功率为-28.18dbm,标准差0.26dbm。实验验证了该跟踪控制策略适用于船载激光通信。     

跟踪误差补偿下星地光通信地面模拟实验分析

为了分析跟瞄误差对星地光通信链路的影响,采用LabVIEW对接收光信号进行了采集,通过理论分析和实验验证,取得了不同动态误差补偿下接收光终端的信号时域特征。结果表明,出射功率为23dBm、跟瞄误差为10μrad情况下,通信系统可以稳定工作;当跟瞄误差为80μrad或伺服系统出现震荡时,通信系统性能急剧下降。     

基于大气激光通信的多路视频传输系统的研究

提出了一种基于大气激光通信的多路视频传输方法,并对其设计方案进行了论述。经试验测试表明该方法可用于中、短距离内视频信号的点对点双向传输。     

基于聚合物光纤局域网系统的自由空间光通信

设计了与125 Mbps聚合物光纤局域网兼容的自由空间光通信系统,以实现楼宇间的数据通信,克服聚合物光纤传输距离较短的缺点.自由空间光通信包括发射和接收两个部分,发射部分由650 nm半导体激光器,驱动电路和准直扩束镜组成,接收部分由接收透镜和光电探测器组成.半导体激光器的调制发射功率为3 dBm,光电探测器的探测灵敏度为-27 dBm.分析了大气对光信号的衰减以及大气湍流造成的光斑抖动对通信的影响,记录了系统的信号传输波形和通信眼图.实验表明,自由空间光通信可以延长聚合物光纤局域网的通信距离,使其在实际工程中的应用更加灵活.     

空间光通信的激光发射和接收技术及模拟实验

对１ ～６０ Ｍｂ／ｓ 空间光通信的激光发射和接收技术进行了研究,设计并组装了半导体激光调制驱动电路和雪崩光电二极管（ Ａ Ｐ Ｄ） 光电检测电路。模拟实验表明,其主要特性能满足小型空间光通信的要求。     

空间光通信中精跟踪控制器的设计

精跟踪伺服系统设计是APT的核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能.针对空间光通信中压电陶瓷驱动FSM偏转具有非线性、时变不确定性和纯滞后等特性,提出变论域自适应模糊PID控制方法.引入变论域思想,并通过对输入变量加入伸缩因子的方式来实现变论域的目的,自适应能力和抗干扰能力明显增强.可有效解决稳定性与准确性的矛盾.实验结果表明:模糊PID控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;跟踪精度可达到5μrad,对卫星平台振动和大气湍流引起信标光斑抖动有一定的抑制作用,能够满足空间光通信精跟踪精度的要求.     

自由空间光通信精跟踪模糊控制系统的设计

针对空间光通信中捕获、瞄准和跟踪(ATP)技术的精跟踪系统对信标光斑实时准确跟踪需求,设计了基于前馈补偿的比例,积分和微分(PID)模糊控制系统,采用camera-link接口的高帧频CMOS相机和大规模FP-GA芯片设计了精跟踪处理控制平台,并将图像处理、前馈补偿和PID模糊控制等功能全部集成在FPGA芯片内部。实验结果表明,前馈补偿模糊PID控制具有更强的系统适应性,精跟踪系统带宽达到300 Hz,对大于100 Hz的高频振动频谱仍然有很好的抑制补偿效果,尤其对于低于60 Hz的主要扰动频谱具有很好的跟踪补偿效果,抖动压缩比达到90%以上,抖动均方差小于1 pixel,定位精度约为1μrad。