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。     

潜望式空间光电目标捕获终端脉冲控制方法研究

 潜望式光电终端由于其光学系统不在回转机构中,可以大大减少系统的重量,所以近年来被广泛地使用在空间光电系统中.但是其非对称式结构会因为空间环境中的低温、真空条件发生冷焊现象而引起终端中转台的摩擦力矩呈非线性状态,进而影响控制器对转台的控制精度.针对该问题,本文提出了一种利用软件方法实现的"动态润滑"的概念,通过高频脉冲叠加PID控制方法,在闭环控制器的输出端叠加高频脉冲因子,使得系统处于动态稳定的状态,实现对转台轴承的动态"润滑",补偿了摩擦力矩,使控制器输出无死区,从而有效地保证控制器输出的线性度.最后还通过利用高低温环境试验验证了该控制方法的实际效果.试验中实测得转台在温度由-30℃~50℃期间的定位精度均小于10μrad,正弦曲线跟踪精度小于28μrad,并且分布较为均匀.实验结果表明,采用高频脉冲叠加PID控制方法达到了补偿摩擦力矩的效果,实现了在温度环境变化较大的条件下对光电终端进行高精度、稳定控制,满足对在空间任务中的瞄准和跟踪要求.     

背景光对星地量子密钥分配量子误码率的影响

量子误码率是量子密钥分配系统的重要参数之一.对于星地量子密钥分配,采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲作为单光子源,建立了由背景光引起的量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式.针对轨道高度为300km的低轨卫星-地面站间链路,进行了数值仿真分析.研究表明,背景光是限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素之一,在低轨卫星-地面站间进行量子密钥分配是可行的.在白天,量子误码率的量级为10-3～10-2;在夜晚,满月时为10-4,新月时为10-6～10-5.     

卫星光通信终端CCD成像光斑弥散圆尺寸选择

利用CCD对自由空间传输的激光进行成像,可得到入射光束的角度信息以实现对发射光束的控制。卫星光通信中,提高对入射光束角度偏差实时测量的精度,可以有效地提高终端的光束跟踪性能,进而有效地保持激光链路的稳定。通过分析角度偏差检测原理,建立了卫星光通信中跟瞄装置测角性能分析模型。分析了测角精度与CCD成像光斑弥散圆尺寸之间的关系,并通过模拟实验进行了验证。结果表明,在卫星光通信系统设计中,综合考虑测角精度要求、终端功耗限制等因素,选择CCD成像光斑相对尺寸在2到3之间为最佳。     

基于多线程的动力驱动装置实时测控系统

在襟缝翼动力驱动装置工作性能的测试中,测控系统需同步完成负载模拟、通信控制、电源监测、实验曲线绘制、实验数据存储等多项功能。针对测控系统的多任务、高实时性、大数据量等要求,基于LabWindows/CVI环境,通过使用多线程技术,将任务分配到不同线程中完成。在主线程中运行用户界面,响应用户操作;在异步定时器中执行模拟负载给定、通信控制和实验曲线绘制任务;在线程池中执行电源监测任务。经实验验证,应用多线程技术能够确保测控系统实时显示实验状态、与被测设备之间可靠通信、稳定提供负载、有效控制实验过程,满足了系统的设计要求。     

空间光通信中空间辐射对光纤放大器性能的影响

以60Co为辐射源, 通过地面辐射模拟实验, 对掺铒和铒镱共掺两种光纤放大器的性能变化进行了对比分析。实验结果表明, 在总剂量为40 krad的低剂量轨道辐射环境中, 信号光通过这两种光纤放大器后, 其中心波长及半宽都没有发生显著变化, 这为光纤放大器能够应用于空间光通信提供了保证; 在辐照过程中掺铒光纤放大器的增益下降3.91 dB, 而铒镱共掺光纤放大器的增益下降17.60 dB, 表明镱离子的存在使得铒镱共掺光纤放大器的抗辐射性能要明显弱于掺铒光纤放大器, 这也为不同发射功率下的空间光通信系统在选择合适类型的放大器时提供了一个有益的参考。     

星地激光链路中的光信号快速识别方法

依据图像传感器探测背景光的噪声情况,定义了光背景特征值,用其来描述星地链路光背景噪声对于卫星光通信的瞄准、捕获和跟踪的影响.在星地链路光背景噪声条件下,对光信号识别和捕获的影响进行了分析,同时,提出了捕获光点路径优化算法,根据此算法可以得到星地激光链路区域光背景噪声的特征规律,并阐述了光背景噪声情况下的光信号快速识别方法.经模拟实验分析表明:该算法能够在光背景噪声情况下对光信号进行快速识别和捕获,满足了图像实时处理要求,增强了图像处理系统的抗干扰能力,因此,对星地激光通信具有一定的参考意义.     

星地激光通信链路瞄准角度偏差修正及在轨验证

在我国首次星地激光通信链路地面捕获实验初期,由于激光通信终端地面光机装调和整星安装过程中存在的系统误差,在瞄准过程中存在8mrad的瞄准角度偏差,且平均捕获时间大于40s,严重影响星地光通信链路捕获性能。基于此,利用立方棱镜坐标系为桥梁,建立了基于坐标变换的卫星本体坐标系与终端基准坐标系的修正变换矩阵,通过地面坐标系测量,最终对光束瞄准角度偏差进行了有效补偿。海洋二号卫星在轨实测结果表明,星地激光通信链路的瞄准偏差由最初的8mrad减小为0.8mrad,捕获扫描范围显著缩小,链路平均捕获时间由最初的40s减小到小于5s,明显优于国外同类型终端在轨实验性能,对卫星激光通信链路捕获性能的提高具有重大意义。     

提高卫星光通信扫描捕获概率的方法研究

在相同的外部环境和系统参数条件下,捕获扫描方式的选择直接影响卫星间光通信终端的捕获性能。粗瞄误差是确定捕获扫描方案过程中的首要考虑因素,通常假设为水平俯仰对称高斯分布,这时螺旋扫描为最佳扫描方式。在实际卫星平台姿态控制过程中,姿态误差在各个转动轴方向上的分布一般是不对称的,进而造成粗瞄误差分布的不对称,仍采用螺旋方式扫描可能效率较低。因此,通过理论分析和Monte Carlo仿真重新分析了捕获扫描方式的选择问题,提出了针对具体星上环境条件采用不同扫描方式的新结论。在卫星光通信的链路建立过程中,粗瞄误差不对称度较高时,同样的扫描时间限制内分行扫描可以获得更高的捕获概率。     

RIS辅助的混合RF/THz系统性能分析

针对太赫兹(THz)链路传输距离短的问题,研究了智能反射表面(RIS)辅助的混合双跳射频(RF)/THz系统的性能.RIS用于增强信号强度,从而提升系统性能.采用固定增益放大转发协议,推导了混合RF/THz链路端到端信噪比的累积分布函数和概率密度函数表达式.利用这些统计特性,进一步推导了该混合中继系统的中断概率、平均误...