卫星光通信中光束跟瞄技术研究

卫星光通信中,两个光通信终端同时对来自对面终端的光束进行跟踪,跟踪误差为时间和统计上的联合随机变量.讨论了跟踪误差对光功率接收的影响,对双向跟踪的稳态条件进行了估计.最后,以开关键控脉冲调制和直接检测方式的卫星光通信为例,通过仿真分析了跟瞄误差对光通信的影响.     

星间光通信无信标捕跟瞄技术

无信标捕跟瞄技术以通信光为信标光,无需额外的信标光激光器,在重量和功耗受限的卫星光通信应用中更具优势。针对低轨小卫星平台星间光通信,对直接探测方式下的捕跟瞄链路进行功率预算分析,研究光通信终端的无信标捕跟瞄技术,设计捕跟瞄流程,并深入分析视轴抖动对捕获时间和捕获概率的影响,提出剩余不确定区域计算方法。结果表明:所设计的无信标捕跟瞄方法所需最大激光发射功率为0.135 W,捕获时间为30 s,捕获概率为95%,能够满足低轨星间光通信链路要求。     

卫星激光通信复合轴光跟瞄技术及发展

卫星激光通信具有巨大的潜在应用价值,国际上已实现高码率、小型化、轻量化和低功耗激光通信终端,其中光学跟瞄系统的设计和控制是关键技术之一。由粗跟踪系统和精跟踪系统组成的复合轴系统能实现光跟瞄系统的大范围、高精度跟踪任务。对卫星激光通信光学跟瞄系统的特点和关键技术进行了讨论,介绍了光跟瞄技术中的扫描、捕获、指向、跟踪过程,综述了复合轴光跟瞄控制系统的国外研究进展。最后对卫星激光通信复合轴光跟瞄系统的应用前景进行了展望。     

一种机载红外跟瞄器动态跟踪精度测试方法

针对红外跟瞄器在机载大角速度运动条件下的使用要求,提出实验室内目标跟踪精度的动态测试方法。利用原有“静态测试”的方法,结合红外跟瞄器的特点,对“目标信息”的生成和测试系统数据通讯进行详细设计,实现多源数据的有效交联。对测试原理和测试系统进行了简要介绍,并对数据进行了详细分析,实验结果表明,利用提出的动态跟踪精度测试方法可在实验室条件下实现对红外跟瞄器动态跟踪精度性能参数的有效测试,为客观评价机载红外跟瞄器的目标跟踪性能提供了有效的测试方法。     

基于FSO自由空间光通信中自动伺服系统的研究

在空间光通信中,为建立可靠的通信链路,捕获跟踪瞄准技术成为了ATP系统的关键所在,伺服系统主要采用了复合轴的控制结构,即粗跟踪和精跟踪两部分,精跟踪是建立在粗跟踪的基础上的,主要是为抑制粗跟踪中残差所引起的扰动。随后对伺服系统的关键参数进行分析,指出提高灵敏度和跟瞄精度的重要性,最后对ATP伺服系统的传递函数进行推导与仿真,得出结果完全满足系统跟踪控制的要求。     

一种跟瞄系统角误差的测量方法

介绍了跟瞄系统角误差一种测量方法的原理、数据处理方法以及测试结果。待测的跟瞄系统由光电跟踪引导系统和随动天线组成,先通过动力飞艇对跟瞄系统的跟瞄精度进行了测试,再利用无人飞机对跟瞄系统的跟瞄精度进行对比验证。测试得到的数据表明,该测试方法简单有效、费用低,可用于类似系统的角精度测量。     

自由空间光通信ATP系统关键技术研究

自由空间光通信将成为未来通信的最佳解决方案之一。首先需要解决实现空间光通信的关键问题是光束的捕获、跟踪和瞄准。该文介绍了自由空间光通信终端机中ATP系统的组成和工作原理，设计了用于ATP系统的精瞄偏转镜、闭环控制器、星上终端二次电源系统，并给出了该系统性能的测试结果。     

卫星激光通信端机跟瞄精度测试技术研究

卫星激光通信的核心技术是PAT技术,即瞄准、捕获、跟踪技术,而实现微弧度量级的跟瞄技术是其中的关键点和难点。通信端机研制完成后,需要对其各种胜能指标进行测试,跟瞄精度是其中的一项重要指标。按照一般测试原则,跟瞄精度测试装置的精度应达到亚微弧度,并达到几百赫兹的带宽。基于点光源、长焦距透镜、PZT器件、平面反射镜及4QD光电器件等,设计并研制了一套能完成通信端机跟瞄精度测试的装置。给出了测试的基本原理、测试方法、测试装置的结构以及元件参数设计,并推导了椭圆光斑时光斑质心定位算法。实验数据表明,所研制的测试装置可以达到3σ=0．37urad（100mm孔径）的测试精度以及优于250Hz的带宽。     

卫星激光通信端机跟瞄精度测试技术研究

卫星激光通信的核心技术是PAT技术,即瞄准、捕获、跟踪技术,而实现微弧度量级的跟瞄技术是其中的关键点和难点.通信端机研制完成后,需要对其各种性能指标进行测试,跟瞄精度是其中的一项重要指标.按照一般测试原则,跟瞄精度测试装置的精度应达到亚微弧度,并达到几百赫兹的带宽.基于点光源、长焦距透镜、PZT器件、平面反射镜及4 QD光电器件等,设计并研制了一套能完成通信端机跟瞄精度测试的装置.给出了测试的基本原理、测试方法、测试装置的结构以及元件参数设计,并推导了椭圆光斑时光斑质心定位算法.实验数据表明,所研制的测试装置可以达到3 σ＝0.37 urad(100 mm孔径)的测试精度以及优于250 Hz的带宽.     

变结构控制在空间光通信PAT系统中的应用

基于离散指数趋近律和被控对象离散化模型设计了空间光通信的瞄准、捕获和跟踪系统(简称PAT系统)的变结构控制器,通过改变趋近律的参数,消除了系统的抖振现象,使得在滑模方式下系统收敛于平衡点,从而实现了系统远远高于经典频域法对动态目标的跟踪精度。仿真结果表明在跟瞄性能方面变结构控制跟踪动态目标的跟踪精度比经典控制提高了两个数量级,证实了该设计方法的可行性。     

65m射电望远镜天线结构指向精度分析与设计

针对国内口径最大、精度最高的65 m射电望远镜天线,分析计算了其结构指向精度。介绍了轨道组合、枢轴组合和测角装置等关键部件的精度设计过程和结构误差,以及其他重力和环境因素引起的误差。通过结果分析、现场实测和长期工作,证明了天线结构设计指向精度的均方根误差达到11.8″,去掉系统误差,天线指向精度的均方根误差有望达到2″的精度。     

高精度视轴指向可变角度高光谱成像系统研究

研制了一套高精度视轴指向的可变角度高光谱成像系统,基于对指向镜的复合控制实现了高精度视轴指向和探测角度可变功能,实验室试验获取了高精度视轴指向的多角度高光谱图像,证明了系统方案的可行性。光机结构简单、体积小、重量轻,适合轻小型无人机应用,对多角度高光谱成像技术在林业上的应用具有一定的推广价值。     

基于目标照明回光的瞄准误差修正方法精度分析及实验验证

激光发射系统通常受到瞄准误差的影响,使得发射光束的中心偏离靶目标,造成能量传输损失和系统性能下降。激光对目标照明后的散射回光信号可以反映瞄准误差的信息,通过对散射回光信号的测量可以对瞄准误差进行修正来提高激光发射系统的瞄准性能。研究了一种基于目标照明回光的瞄准误差修正方法。利用目标回光信息与瞄准误差的关系,通过随机并行梯度下降(SPGD)算法对瞄准误差进行校正,分析了影响瞄准误差校正精度的因素。实验数据验证了理论分析结果。     

快速倾斜反射镜精跟踪系统

报道了四象限光电探测器和快速倾斜反射镜为主要功能快的光束精跟踪系统的研究。采用模拟动源对系统性能进行了测试,结果表明该系统有良好的精跟踪能力。同时,结合望远镜跟踪系统对距离５５０ｍ的一个动态合作目标进行了精跟踪实验,该系统在望远镜的基础上可以大大提高跟踪精度。     

扫描型红外探测系统指向精度的测量

描述和分析了扫描型红外探测系统指向精度测量的必要性,并提出了一种扫描型红外探测系统指向精度的测量方法.该方法综合了内场测量和外场测量的优点,降低了系统在整个测量过程中由于检测设备的误差和检测方法不当所引起的偏差.并对误差产生的原因以及造成的结果进行了分析.有利于扫描型红外探测系统指向精度的高精度测量和校正.     

白天卫星激光测距望远镜指向误差修正方法研究

白天卫星激光测距时,由于望远镜机架受太阳辐照和温度变化等因素影响,指向误差时变性较大,影响了对白天卫星的精确跟踪指向。针对卫星过境天区,提出了一种通过白天恒星监视,实现望远镜局部指向误差快速修正的方法,消除环境温度变化效应,实现高精度望远镜指向。以中国科学院上海天文台60 cm口径卫星激光测距系统为平台,应用短波截止滤光技术,实现了对亮于3等恒星的白天监视;并在卫星过境天区选择到6到7颗恒星进行观测,建立望远镜局部指向误差修正模型,以满足白天激光观测需求。该方法对白天卫星测距特别是高轨卫星等具有一定应用价值,也可推广到其他需白天目标观测的望远镜系统。     

球谐函数法修正水平式经纬仪指向误差

为修正水平式经纬仪指向误差,采用球函数将定义在水平式经纬仪球坐标系上的函数展开成傅立叶级数的形式,并取到4阶带谐项,得出指向误差球谐函数模型。通过观测全天分布较为均匀的45颗恒星,得出经纬仪视轴指向在经角、纬角方向的误差离散值,采用最小二乘法拟合得到球谐函数模型中各待定系数。实验表明,球谐函数法可有效修正经纬仪的指向误差,经纬仪在经角、纬角方向的指向精度和总指向精度分别由修正前的40.91″、30.93″、51.29″提高到了修正后的2.59″、2.46″、3.57″。修正后,基本清除了设备系统误差。     

射电望远镜天线的指向精度测量系统设计

指向精度是衡量大口径射电望远镜天线电轴指向准确度的重要指标,如何准确地测量出天线的指向精度对使用者而言尤为重要。针对射电天文望远镜的工作特点,提出了采用射电星作为发射源进行天线指向精度测量的方法,以方位轴为例介绍了测量基本原理,根据测量需要对系统软硬件进行了设计,对实际测量和处理过程进行了描述,给出了测量结果和分析。结果表明该方法可以快捷、准确地测出天线在全天区的指向精度。     

旋转双棱镜指向系统转角补偿偏差修正方法

针对旋转双棱镜系统解算困难、误差源众多和指向精度较低的问题,提出了一种补偿旋转双棱镜指向系统转角的修正方法,采用求偏导和建立全微分方程的方法建立光束指向误差与棱镜转角误差关系,解算出补偿角。经实验验证:在99.57%的指向区域中,指向偏差最大值由1.8742°降低为1.4753°,均方根由0.1401°降低为0.0893°,补偿棱镜转角修正方法可有效提高指向精度。