动态空间激光通信系统视轴初始指向建模及验证

捕获、对准、跟踪系统是空间激光通信重要组成部分,是通信正常进行的前提与保障。针对捕获系统中的初始指向内容进行了详细研究,给出初始系统指向系统模型,应用坐标转换矩阵补偿由于位置不同、姿态变化、安装基准轴差异、初始零位不一致等对初始指向方位角和俯仰角的影响。提出初始指向系统视轴标校方法,根据误差分析方法确定了指向精度及捕获不确定区域大小。在飞机-飞机动态演示实验中,应用双天线全球定位系统/捷联导航系统(GPS/INS)组合器件实时得到位置、姿态等参数,实现初始指向系统性能测试。借助观靶相机实际测量本系统捕获不确定区域大小为10mrad,与理论分析结果基本一致。     

动态激光通信系统开环捕获技术

主要解决载舰与地面间及载舰与舰间激光通信系统开环捕获的问题.对捕获系统的组成及工作原理进行了详细论证,着重分析了捕获概率和捕获时间的决定因素.通过实例在某海域完成动态激光通信系统试验,捕获概率优于98%,捕获时间小于20s,验证了本系统能够满足动态激光通信系统的开环捕获要求.     

GPS/INS技术在静态激光通信初始捕获中的应用

为了实现水平远距离大气无线激光通信链路快速建立,并快速获得捕获不确定区域的大小,采用了GPS/INS组合导航系统来完成静态水平链路无线激光通信初始捕获的对准定位,同时对该系统的对准算法进行了研究并优化。首先,分析了GPS/INS工作原理,根据捕获过程,提出针对该过程的捕获模型,并且分析了该模型的可行性。接着,针对该模型提出相应的静态初始对准算法。然后,通过该算法进行了外场实验。最后,根据实验结果校正捕获模型与其算法,经实验获得了捕获不确定区域的大小为27 mrad。基本满足10 km水平链路大气无线激光通信初始捕获的基本要求,其特点为捕获速度较快,其捕获速度优于10 s,基本不受天气影响。     

空间光通信系统的初始捕获对准研究及实验

文章提出采用GPS(全球定位系统)坐标解算和蜂窝螺旋扫描来实现空间光通信ATP(捕获、跟踪和对准)系统初始捕获的方法。首先由通信两端的GPS坐标计算出光学天线的方位角和俯仰角,光学天线根据计算的角度值大致对准信标光的方向,从而缩小了信标光捕获的不确定区域。然后在不确定区域内执行蜂窝螺旋扫描,从而将信标光引入粗跟踪CCD(电荷耦合元件)的视场内,实现初始捕获。通过地面捕获实验验证了上述方法的有效性。     

基于合作信标的卫星激光通信瞄准捕获仿真系统

针对星间激光通信基于合作激光信标的瞄准与捕获过程,在LabVIEW(虚拟仪器)平台上研制了一套瞄准与捕获仿真系统。该系统模拟卫星轨道姿态动力学,建立双星指向关系,仿真双自由度转台初始对准。根据不确定区域大小,驱动信标激光进行螺旋扫描,根据信标光束散角及探测器视场,确定仿真捕获点以完成捕获。加入含有高斯噪声的最大速度为1°/s,最大加速度为1°/s2的等效正弦扰动进行了动态捕获实验。最终实现了同步轨道卫星和近地轨道卫星间动态双星激光通信瞄准与捕获仿真,形成了基于虚拟仪器的激光通信全过程仿真模式,为跟踪系统仿真及无信标捕获的仿真奠定了基础。     

线形小区中分布式天线协同的定时捕获改进方法

不精确的定时捕获造成分布式天线系统性能的严重下降,现有的改善分布式天线系统定时捕获性能的方法存在诸多不足。为进一步提高分布式天线系统定时捕获时的正确捕获概率,提出了一种基于分布式天线协同的定时捕获方法。该方法针对线形小区的平坦瑞利衰落信道场景,利用两根分布式接收天线接收来自单天线移动台的发射信号;随后,推导了两分布式接收天线的时延差先验信息,建立了协同定时捕获的协同条件;最后,根据门限检测方法在协同条件下进行定时捕获。分析与仿真结果表明,在定时捕获时,无论移动台处于协同区域的哪个位置,提出方法均能有效改善各分布式接收天线的正确捕获概率。     

基于单片机的光电目标快速捕获系统设计

在空间光通信系统中,终端平台目标光的捕获技术是通信链路建立的一项关键技术。对于传统的扫描捕获方式,由于探测器等各种误差存在以及不确定区域的影响,导致系统捕获概率较低,且时间较长,最终导致空间光通信系统链路建立困难。基于此,提出采用GPS辅助APT系统完成目标捕获,并建立目标快速捕获系统,系统以Cortex-M3单片机为控制核心,采用GPS进行目标快速定位,搭配水平和俯仰基准传感器,利用GSM网进行无线传输。采用该系统进行了固定点捕获实验,结果验证了上述方法的有效性。     

激光星间链路中天线扫描捕获技术实验室模拟研究

对激光星间链路中的天线扫描捕获技术进行了理论分析和模拟实验研究。首先建立了天线扫描捕获理论模型 ,在此基础上对影响系统捕获性能的各主要参量之间关系进行了数值仿真分析。设计实现了一套天线扫描捕获实验室模拟系统 ,通过模拟实验对部分数值分析结果进行了验证 ,实验结果与数值分析结果基本符合。     

地面天线目标捕获技术分析

针对空中机动平台与地面站宽带通信中的目标捕获问题,提出了地面天线目标捕获概率和捕获时间的计算方法。在数学建模的基础上,分析了不同天线扫描方式、扫描速度、飞机飞行状态的参数选择对捕获概率和捕获时间的影响,推导了其捕获概率的计算公式。仿真结果表明：初始捕获阶段,光栅扫描的捕获概率和捕获时间都明显优于螺线扫描;而在失锁重捕阶段,螺线扫描的捕获概率更高,且不受扫描速度的影响。该仿真结果已在工程设计中应用。     

大气激光通信中传输能量损耗分析的应用研究

对大气激光通信中的光传输能量损耗进行分析,着重讨论了造成接收端光功率损耗的几个主要影响因素,并做了综合性的计算机仿真,得到发射功率一定的情况下发射天线轴向偏焦和收发天线系统间横向偏移取不同量值时接收端光功率的变化。在损耗分析的基础上,文章探讨了接收端满足最低光功率条件下,偏焦和偏轴相互间的关系,提出通过调节发射天线偏焦来改善远距离接收端天线捕获的方法。在发射功率为10000 mW,距离为10 km,接收端光功率阈值为50 mW的情况下,发射天线未偏焦时收发天线系统间的允许最大偏轴量为495.9 mm;当焦点偏移6.69 mm,允许最大偏轴量达到最大值为628.5 mm,与未偏焦的情况相比增加了26.74%,满足接收端光功率要求下收发天线系统间允许横向偏移区域的面积增加了60.63%,这有效地降低了大气激光通信中远距离接收端捕获的难度。