自由空间激光通信系统的粗跟踪特性分析

针对传统自由空间激光通信系统硬件设计信号控制幅度调整范围小,串口通信单一化,导致粗跟踪精准度、存在干扰的问题。提出自由空间激光通信系统的粗跟踪特性分析。将线阵CCD作为跟踪控制系统的传感器设计了系统的主控采集模块,利用发送接收模块中的光驱动电路和光电检测电路实现信息的接收和发送,设计了滤波器模块滤除通信过程中存在的噪声。在软件设计中将Windows CE控制系统应用到主控计算机中,通过事件驱动方式和多线程同步技术同时处理多个通信串口中存在的数据,利用指向算法完成对准操作,实现自由空间激光系统的跟踪控制系统的设计。实验结果表明,所提方法设计的系统对尺度变化的目标跟踪效果良好,具有较强抗干扰效果。     

自由空间激光通信中APT粗跟踪研究

自由空间激光通信APT(Acquisition,Pointing and Tracking)系统主要由粗跟踪系统和精跟踪系统组成,粗跟踪系统主要是完成对目标信号的捕获,以确保入射的信标光在精跟踪控制系统的动态范围内.介绍了粒子滤波在APT粗跟踪系统中的应用,针对粒子滤波在跟踪算法中存在的问题进行了改进,设计了颜色和轮廓双重信息融合的似然模型;为提高目标跟踪算法在异常情况下的有效性,采用了异常检测和恢复策略,并设计了跟踪光斑目标的模拟系统.实验表明:所提出的多信息融合的似然模型跟踪算法在目标尺度变化、背景干扰、姿态变化、部分遮档等环境下均能稳定地跟踪目标,提高了大气激光通信链路的可靠性.     

自由空间激光通信中的APT技术分析

自由空间激光通信是一种新兴的通信方式,是光纤通信和无线通信结合的产物。其中,高精度、宽带宽的激光捕获,以及对准和跟踪（APT）是非常关键的技术。简述APT系统结构与其工作过程,并介绍了其中的关键技术,对捕获方法以及跟踪瞄准的精度做进一步分析,通过分析误差得出一个最优值。     

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜（摆镜式）激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3 μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5 μrad (3σ),均方根误差优于10.5 μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。     

自由空间激光通信捕获控制系统

为了完成快速高概率的捕获,设计并构建了自由空间激光通信捕获控制系统,主要由主控计算机、GPS/INS捷联导航系统、数传电台和控制软件等部分组成.主控计算机采用嵌入式操作系统Windows CE,控制系统采用多线程同步技术和事件驱动方式处理多个通信串口的数据,减少了处理数据的延迟时间;同时,系统采用快速高精度指向算法,实现高精度的粗对准;使用复合光栅螺旋扫描方式和可对速度补偿的捕获算法,减少了捕获时间,提高了捕获概率.基于野外试验数据对捕获控制系统性能进行分析评估.结果表明,系统指向误差小于1°,捕获时间小于30 s.目前,该系统已经研制完成并投入使用,效果良好.     

深空激光通信系统方案设计和视轴对准技术研究

在深空探测中利用激光进行科学数据的回传是一种极具潜力的方式,美国已经着手开展这方面的研究工作,在国内尚未有任何报道,针对这种情况,以火星对地球深空激光通信为研究对象,在对外部约束条件进行了分析的基础上,提出了通信分系统和捕获、跟踪、瞄准(APT)分系统两大分系统的设计原则,并对系统关键参数进行了详细设计,在此基础上提出了一种基于自然天体成像的捕获和对准概念,作为国内对深空激光通信整体方案的首次初探。     

自由空间激光通信的最新进展

1995年2月国际工程光学学会在美国加里福尼亚州San Jose召开了第七次自由空间的激光通信技术学术交流会.本次学术交流会论文涉及的问题不再是自由空间的激光通信技术是否成熟的问题,而是光通信科学家们要更充分地论述自由空间光通信系统的性能和可靠性.     

大气激光通信中的APT技术研究

在空间激光通信系统中,空间光束的自动搜索、跟踪、瞄准,即APT(Acquisition,Pointing and Tracking)是一项非常关键、非常重要的技术。文中对APT的工作原理、工作过程以及大气空间环境对APT系统的影响等进行了分析。     

极具潜力的卫星激光通信

本文阐述了卫星激光通信的优点，分析了其技术难点和可能的解决途径，并对国际和国内卫星激光通信的研究状况做了介绍。     

激光通信技术的研究

介绍了激光空间通信的特点、优势、发展现状。分析和讨论了激光通信系统的组成及其主要的关键技术。     

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。     

自由空间光通信终端机中ATP系统设计

自由空间光通信将成为未来通信一种可行且非常具有吸引力的通信手段。光束的捕获、跟踪和对准是自由空间光通信中必须解决的关键技术之一。本文介绍了自由空间光通信终端机中ATP系统的工作原理 ,详细论述了实现ATP系统功能的硬件和软件的设计 ,并给出了该系统性能测试的结果。     

空间激光通信中精跟踪系统的实现与优化

简述了空间激光通信中精跟踪系统的组成和控制结构,分析了捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器使用质心算法进行信标光斑定位时的误差来源,对精跟踪探测器信标光斑定位过程进行傅里叶频域分析.推导得到消除质心算法系统误差的理论方案,即信标光波长和精跟踪系统的F数乘积需大于精跟踪探测器的像元尺寸.分析了精跟踪系统实现过程中关键参数的选取过程,结合精跟踪系统的系统参数耦合关系,为了不损失精跟踪视场,在精跟踪探测器镜头前添加孔径光阑进行精跟踪系统优化,以消除精跟踪探测器光斑定位时的系统误差.理论计算和实验证明:当孔径光阑的直径小于9.32 mm时,精跟踪系统的相对孔径小于0.045,精跟踪误差仅为0.03 pixel,相比优化前的精跟踪系统,跟踪精度提高了1.9倍.     

星间光通信中跟踪控制技术及发展

星间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ATP系统的设计是关键技术之一。对ATP系统的特点进行了讨论,介绍了ATP系统中的跟瞄过程,综述了国内外在星间光通信ATP跟踪系统中所采用的控制算法,指出研究新的控制算法或新的PID参数整定方法,是提高ATP跟踪系统精度的发展方向。     

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.     

自由空间激光通信关键技术研究

全面介绍了欧美发达国家和我国在自由激光通信方面的发展历史和研究现状,分析了自由空间激光通信的系统组成和关键技术,指出了自由空间激光通信的发展趋势和应用前景。     

空间光通信中GPS辅助快速捕获对准技术

基于GPS坐标解算空间光通信终端初始对准的方位角和俯仰角,实现了信标光的快速捕获对准.给出了GPS坐标解算算法,根据解算得到的角度和自身姿态信息计算二维转台的指向角,以此驱动转台快速指向目标.测试了不同调整角度的初始对准误差和时间.进行了外场捕获对准实验,并对实验数据进行了分析,结果表明该系统可以用于快速建立空间激光通信链路.     

星地激光通信复合轴APT系统仿真研究

为了满足高效星地激光通信的要求,研究了一种复合轴APT（Acquisition、Pointing、Tracking,APT）系统,在分析直流电机驱动转台和压电陶瓷振镜的结构和工作原理的基础上,构建了相应的数学模型,并设计控制器.分析了卫星平台振动、离散扰动和大气抖动对系统跟踪性能的影响,利用振动功率谱和光斑漂移分布函数给出扰动源的数学描述.在数学模型的基础上构建完整的系统仿真模型,仿真实验结果表明,复合轴APT系统具有良好的运动跟踪性能和抗高频干扰能力.构建的仿真系统可以很好的指导实际系统的分析设计和评估.     

空间无线光通信系统及关键技术分析

利用大气信道进行的空间光通信技术,有其显著的优势。对于整个光通信系统包含了一系列的子系统,且涉及到了光、机、电等方面的系列关键技术。