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。     

自由空间光通信ATP技术的研究

自由空间光通信将成为一种可行且非常具有吸引力的通信方式．光束的捕获、跟踪和对准（ATP）是自由空间光通信中必须解决的关键技术之一，介绍了ATP系统的工作原理．详细论述了ATP系统组成、伺服控制系统的组成与工作流程、光束跟踪算法及其捕获方法．给出了该系统误差信号的处理方法．     

空间光通信探测技术中象限探测器(QD)的研究

在空间光通信中，捕获、跟踪、对准（Acquistion,Tracking and Pointing-ATP）是实现空间光通信的关键技术，故而该技术日益成为研究的热点，在ATP技术中用来实现目标捕获、跟瞄的光电传感器件大致有三种，即PSD（Position Sensitive Devices）、QD（Quadrant Detector）和CCD（Charge-Coupled Device）。在这些传感器之中，最简单、最有效也最常用的便是QD。本文对QD在探测中的性能进行了具体的分析和研究。     

FSO系统中光源和接收器件的选用及性能分析

由于激光器和探测器系统是光无线通信系统的重要组成部分。要想实现理想的光无线通信系统就必须对各种激光器和探测器性能进行分析，本对各种激光器和探测器进行了分析。     

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.     

FSO MIMO系统中迭代译码算法的研究

自由空间光通信（FSO）系统是一种新型的宽带接入系统,结合了光纤通信与微波通信的优点。但是FSO系统容易受到环境和天气状态的影响,把多输入多输出（MIMO）技术应用于FSO系统中可以有效改善大气对激光波束的影响,提高系统性能。文中主要研究了FSO-MIMO系统的空时译码问题,结合传统的一些译码算法,把Turbo码的迭代译码思想应用于FSO MIMO的空时译码中,分析了一种基于马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）算法的迭代译码方法。     

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。     

FSO中分层空时编码的误码性能

分层空时编码(BLAST)虽然具有极高的频谱效率,能成倍提高光通信系统的信息传输速率,但BLAST系统的误码率较大,严重影响了光通信系统的可靠性。在描述了湍流信道中多输入多输出(MIMO)系统的信道模型后,针对多进制脉冲位置调制(Q-PPM)技术,推导出了采用线性译码算法时分层空时码的极大似然判决准则及其误码率公式,并比较了最大似然译码算法、线性译码算法、串行干扰消除译码算法的误码性能。最后,利用仿真实验进行了验证。结果表明:在自由空间光通信(FSO)中,串行干扰消除译码算法的误码性能更接近最大似然译码算法的性能,明显优于线性译码算法。在4×4系统中,当误比特率为2×10-2时,相对于最小均方误差(MMSE)译码算法,最大似然译码算法和MMSE-SIC译码算法的信噪比分别改善了约14.5 dB和7 dB。理论分析与实验结果相一致。     

自由空间光通信精跟踪系统设计及其通信实验

为了解决自由空间光通信对APT系统的高精度高带宽要求,设计研制了一种精跟踪系统。该系统以高帧频CMOS相机为探测机构,以音圈电机驱动的FSM(Fast Steering Mirror)为执行机构,由PC机进行控制和运算。在一维模拟运动平台中进行带粗跟踪的距离为2 km的激光通信实验时运用该系统,当模拟运动平台以不同角速度转动时,粗跟踪会有不同的跟踪残差,该残差以及大气湍流及平台振动引起的光斑抖动均由精跟踪系统来补偿。记录并分析了精跟踪补偿后的相机端光斑质心的变化以及光路中光功率的变化数据,得出结果:精跟踪残差受粗跟踪系统的影响,随模拟运动角速度的增大而增加,在1.2(°)/s时粗精跟踪系统联合能将光斑偏移量的标准差稳定在6μrad以内。     

自由空间激光通信系统APT粗跟踪链路功率分析

在简要介绍典型自由空间激光通信系统组成的基础上,重点分析APT粗跟踪链路的特性,并从功率的角度分别对链路发射、传输、接收单元定量描述,对光斑探测CCD相机单元的噪声源种类、特性以及有效抑制的措施进行研究,对不同环境的背景光特性和抑制措施进行分析,得到光斑探测信噪比.在理论分析的基础上对部分关键器件进行选取和系统优化设计,使粗跟踪链路满足任务要求.     

自由空间基于激光编码调制技术语音通讯机的系统设计

基于自由空间光通讯(FSO)技术和OCDMA编码调制技术实现了自由空间语音异地通讯,具有高速高效、抗干扰能力强、保密性好等优点。系统设计采用双CPU结构,主控CPU单元主要实现语音采集、信号编码、数字调制等功能,辅单片机则为FSO关键技术ATP伺服系统的控制核心,论述了设计要点,并给出了测试结果。     

基于FSO系统的多进制LT码性能分析

为克服空间光通信(FSO)链路受大气湍流效应的影响,将LT码应用到FSO系统中.多进制LT码具有较高的传输效率.提出一种新型度分布函数来改善多进制LT码的译码性能.计算不同进制LT码的译码失败率,并模拟强湍流信道,对采用不同编码方案的FSO性能进行仿真.结果表明:采用新型度分布的LT码能够降低译码失败率,且能有效改善FSO系统在强湍流情况下的性能.     

基于PSD的扫描辐射计通道配准测量方法研究

风云四号(FY-4)气象卫星正在进行预先研究,其扫描辐射计具有通道多、空间分辨率高、配准精度高等特点,通道配准难度较大.通道配准测量的结果是通道配准的重要参考依据.PSD(Position Sensitive Detector)是一种新型的横向光电效应器件,具有测量精度高、检测时不受入射光斑及焦点偏离的影响等特点,非常适合通道配准测量使用.基于PSD的扫描辐射计通道配准测量系统测量精度高,有效测量范围大,达到了扫描辐射计通道配准测量的要求.     

基于FPGA的FSO通信误码测试仪的设计

提出了一种基于FPGA的FSO通信误码测试方案.该方案中,误码测试主要是由伪随机序列发生模块、同步模块、误码统计模块以及LCD显示模块来实现,对这些模块进行了详细的论述.误码测试的关键技术之一是比特同步,该方案利用FIFO实现误码仪内部数据与接收数据之间的同步.利用该方案研制了一套10 Mbit/s的误码测试仪.大量实...     

基于PSD的腔体相对位移测量方法设计

为了测量只能在侧壁安装检测装置的腔体间相对位移,设计了基于面光源的光位移传感器（PSD）位移测量系统。系统将PSD两路电信号的I-V转换、反向放大等信号调理在一片AD824处理,并采用对射式的检测方法,减小了系统体积,简化了结构设计。介绍了位移测量实现过程,并设计系统的标定工装,通过数据后处理方法减小测量误差,提高测量精度。实验结果表明,系统在30mm量程范围内线性度好,可重复性高,工作在10KHz不失真,可用于腔体振动等测量,具有很高的实用性。     

基于PSD的微位移测量系统研究

介绍了PSD的结构、特性和工作原理,设计了一种基于PSD探测器的微位移测量系统。针对PSD信号输出特点和实际应用要求,提出了基于PSD的微位移信号采集、处理和上位机通信系统。单片机通过ADS7864采集PSD的输出信号,处理后由RS232接口传给上位机,位移值在上位机界面显示,实现了对光斑微位移量的实时测量。实验结果表明,该系统响应速度快、测量精度高,可广泛应用于微位移测量领域。     

大气对地基激光通信系统的信号衰减分析

激光通信具有频带宽、速度快、稳定可靠、不受外界电磁干扰以及保密性强等优点.地基激光通信系统受大气信道的影响严重,有必要对大气信道的特性进行研究和总结.本文从大气的组成及特性入手,分析了对流层大气对地基无线激光通信系统的衰减特性,定量给出了大气衰减的理论公式,针对理论公式参数不易获得的问题给出了以能见度为参数的大气衰减的...     

基于单神经元PSD压电微驱动系统控制的研究

压电式微驱动器具有灵敏度高，响应快，易于控制，性能稳定等特点，由于压电陶瓷复杂的机理．它存在着迟滞、蠕变和非线性的压电误差，且受环境温度、外力振动等因素影响。在高精度定位时存在较大误差，为了消除压电陶瓷迟滞、蠕变、非线性及其他外部因素对定位精度的影响，采用了单神经元比例、求和、微分（PSD）功能的控制算法。实现微驱动定位工作台的实时控制。实验证明该控制算法对系统定位控制很有效。     

基于小波理论的PSD测试系统的数据分析

位敏探测器(PSD)技术作为光电技术的重要组成部分,在各学科领域得到广泛应用.随着对PSD系统信号精度的要求越来越高,要求研究出更好的去噪效果的方法.针对PSD系统信号的特性,选择db8、sym8、coif8对含噪的信号进行处理和对比,并通过MATLAB中的小波GUI软件进行数字仿真,并对仿真结果进行比较,从而得出最适...     

自由空间光通信中误码测试系统的开发

提出了一种基于FPGA的误码测试系统的设计方案,对其中的关键技术进行了论述.该测试系统已成功应用于自由空间光通信系统中,经过仿真和实际应用验证,该方案是行之有效的.