强湍流下并行中继自由空间光通信的中断分析

在大气强湍流条件下,对并行中继自由空间光通信系统的中断概率进行了研究。考虑大气衰减、大气湍流和指向误差对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了自由空间光通信系统的复合信道模型。基于此信道模型,推导了并行中继自由空间光通信系统端到端中断概率的解析表达式。最后,通过计算机仿真分析了发送功率、指向误差及通信距离对通信系统中断概率的影响。仿真结果表明,并行中继传输技术可以有效提高自由空间光通信系统的中断性能。此外,所推导中断概率的解析表达式可准确地评估并行中继自由空间光通信系统的传输性能,为未来自由空间光通信系统的设计提供理论依据。     

认知两跳AF中继网络在α-μ衰落信道下的性能分析

基于独立非同分布α-μ衰落信道研究认知两跳放大转发(amplify-and forward, AF)中继网络的性能,分别在两种认知用户发射功率控制策略下分析二级用户网络性能。首先,综合考虑了主用户网络最大可容忍干扰功率和认知网络最大允许发射功率,分别给出了中断概率下界的封闭表达和渐近表达。利用以上结果,得出高信噪比下的平均误码率。为了进一步分析认知两跳AF中继网络的性能,在只考虑主用户网络最大可容忍干扰功率条件下,给出了中断概率下界闭式表达和渐近表达。最后,通过数值仿真及蒙特卡洛仿真验证了理论分析的准确性。结果表明,当主用户网络最大可容忍干扰功率或认知网络最大允许发射功率变大,二级用户网络的中断概率和误码率均降低。     

自由空间光通信ATP系统中精瞄偏转镜的设计

二维精瞄偏转镜是自由空间光通信中捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的关键组成部分,对偏转镜进行了机构设计和有限元模态分析,偏转镜采用压电陶瓷驱动器驱动,采用柔性铰链传动。研制了集驱动、检测、主控模块为一体的数字式精密定位控制器,在实验室构建了两套测试系统,对偏转镜的频率和静态性能进行了测试,并着重介绍了频率的两种测量方法及其优缺点分析。仿真和测试结果表明,偏转镜的频率约为1.5kHz,转角范围约为±2mrad,精度约为1μrad,分辨率约为0.1μrad。     

冗余机器人的任务优先级轨迹规划方法

当机械臂末端沿期望轨迹运动时,若障碍物影响机械臂末端运动,则末端会与障碍物发生冲突,使其偏离期望运动轨迹。针对这一问题,提出了一种任务优先级轨迹规划方法,使机械臂末端避障后能够继续跟踪期望轨迹。当机械臂末端运动轨迹中含有障碍物时,赋予避障运动作为优先控制,通过计算末端位置增量使机械臂末端产生逃离速度,进而避开障碍物;反之,赋予轨迹跟踪作为优先控制,通过对机械臂期望轨迹与实际位置进行误差控制,达到提高末端轨迹跟踪精度的目的。最后,对冗余机器人进行了仿真及试验验证。结果表明,当障碍物与机械臂末端运动轨迹发生冲突时,基于任务优先级的轨迹规划方法可以使机械臂末端有效地避开障碍物,同时,末端避障后机械臂仍能跟踪到期望轨迹运动。     

16KM空间光通信的跟踪实验研究

跟踪伺服系统设计是APT核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能.针对精跟踪伺服系统设计中光斑抖动时变不确定性和PZT驱动中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,采用RBF神经网络自学习方法,控制PZT驱动精瞄偏转镜偏转,最终达到精跟踪伺服系统优化控制.通过16km链路的空间光通信实验表明:抑制到达角起伏后,最大起伏幅度抑制了80%和起伏均方差减少4倍,光纤耦合效率提高了6倍,光功率相对波动幅度明显减小;RBF神经网络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.     

强湍流信道中含有瞄准误差的空间光通信中断概率分析

大气湍流中的光强闪烁和瞄准偏差是影响光通信性能的两个重要因素。本文根据强湍流大气信道环境下的K分布模型和瞄准偏差分布模型,采用强度调制直接探测（IM/DD）开关键控（OOK）通信方式,利用MeijerG函数导出了通信系统的中断概率解析表达式。通过数值计算,分析了大气湍流程度、波束宽度、抖动偏差对系统中断概率的影响。结果表明在强湍流大气信道中,波束宽度的减小可以降低系统的中断概率,同时通信终端设备的抖动偏差会导致中断概率增加。在归一化波束宽度为1时,系统的中断概率降低到0.12。因此,在实际通信信道中维持可靠的通信链路,需要进一步优化波束宽度。     

空间光通信精跟踪系统的模糊自抗扰控制

针对输入光束抖动及卫星本体微振动对空间光通信系统跟踪精度的影响,设计了模糊自抗扰控制器,提出了对精跟踪系统进行控制的方法。首先,建立了精跟踪系统模型,对系统内外扰动进行分析,并模拟了卫星振动信号。针对系统自身所受的扰动及输入光信号的不确定性,设计了模糊自抗扰控制器。提出的控制方法通过扩张状态观测器观测卫星本体振动及系统未建模动态,应用微分跟踪器提高系统动态响应性能,并用模糊控制原理改进了非线性状态误差反馈控制律,使其可以自适应调整比例和微分增益。最后进行了实验分析,结果表明:与PID控制方法相比,模糊自抗扰控制方法在不同频率及幅值的输入信号下均能提高系统跟踪精度,跟踪精度可以达到±8μrad,跟踪误差减小了50%左右。该方法基本满足空间光通信精跟踪系统对跟踪速度、跟踪精度及抗干扰能力的要求。     

嵌入式仪器中冗余备份的处理技术

在已研制的某嵌入式仪器中,以80C31单片微机为核心,外扩ADC0816转换器等,完成特定的测控功能,由于该嵌入式仪器电路较庞大复杂,并且程序要求可靠性较高,因此采用了冗余备份的处理技术,该处理技术使嵌入式仪器既可工作在热备份状态又可工作在冷备份状态.实践证明该技术对嵌入式仪器的可靠性处理十分有效.文中给出了该嵌入式仪器的冗余备份原理框图和相关处理技术.     

基于改进灰狼算法的冗余机械臂轨迹跟踪与避障

本文将冗余机械臂的轨迹跟踪和避障规划统一为优化问题,提出了一种基于改进灰狼算法的避障跟踪优化器。首先,基于包围盒法对避障空间进行了建模,使用GJK算法计算机械臂与障碍物之间的最小距离。其次,设计了适应度函数,引入避障奖励项对优化器进行主动奖励,使机械臂在跟踪目标轨迹的同时避开障碍物。然后,使用随机分散策略对灰狼算法进行了改进,以增强算法的全局搜索能力,从而更好地求解优化问题。最后,使用九自由度冗余机械臂验证了所提出方法的有效性和优越性。实验结果表明：对于圆形目标轨迹,机械臂的末端跟踪误差为0.21 mm;跟踪过程中,机械臂与障碍物的距离不小于70 mm;相比于经典灰狼算法,改进灰狼算法使跟踪精度提高了13%。本文提出的避障跟踪优化器能以毫米级的精度同时满足冗余机械臂的轨迹跟踪和避障任务;改进的灰狼算法能有效提高经典灰狼算法的收敛精度。     

潜望镜式卫星光通信终端的CCD粗跟踪

由于轻小型卫星光通信系统中潜望镜的光学结构随粗瞄机构姿态变化而发生改变,使得相应的跟踪算法变得较为复杂,本文对潜望镜式星间激光通信终端粗跟踪算法进行研究以提高粗瞄机构的跟踪精度。利用矩阵光学方法,建立了潜望镜式光通信终端中光学器件的矩阵模型,在获得CCD测角模型后,推导了基于CCD测角的粗瞄装置自动跟踪算法模型,实现了潜望镜式光通信终端粗瞄装置对目标光束的快速跟踪,并对模型进行了相应的实验验证。实验结果表明,该CCD测角跟踪模型正确地反应了实际终端中的光学传递关系,能够正确地对CCD图像位置信号进行处理并获得稳定跟踪角度,平均跟踪精度优于10μrad,满足卫星激光通信中稳定可靠、高精度粗跟踪的要求。本文提出的方法对类似的光学系统具有借鉴意义。     

卫星光通信光学天线轴间距的精确调试

卫星光通信系统的光学天线由物镜和目镜构成,两者在光轴方向的间距对系统的发射和接收性能有重要影响.轴间距通常由干涉仪确定,但干涉仪与光学天线的工作波长不同时会引起镜头组焦距变化,导致物镜和目镜的轴间距存在偏差.为了能利用单波长干涉仪精确调试物镜和目镜的轴间距,本文根据光学天线在干涉测量装置中的程函方程,研究了因波长差异引起的物镜和目镜的轴间距变化量与干涉条纹变化量的相应关系,并据此提出一种能精确调试光学天线物目镜轴间距的方法.提出了几种检验该方法有效性的验证方案,包括实验验证和计算机仿真验证两大类.基于计算机仿真的验证结果表明,卡塞格伦反射式光学天线和透射式光学天线轴间距模拟调试误差分别＜15%和＜3%,仿真误差满足使用要求.     

湍流信道下光空间调制信号的压缩感知检测

在光空间调制系统中采用最大似然检测算法可以获得最优的误码性能,但算法的译码复杂度限制了其实际应用。本文依据光空间调制激光器映射向量,并结合脉冲位置调制方式下的脉冲向量构建了具有稀疏特性的发送信号。基于该稀疏特性,采用正交匹配追踪算法提出了一种基于压缩感知理论的光空间调制信号检测方法。仿真结果表明:该方法以少量误码性能损失为代价极大地降低了信号检测的复杂度。当激光器数目为64时,相比于最大似然检测算法,本文所提方法的复杂度降低了99.54%。同时,由于稀疏性的引入,该方法更适合于具有大规模激光器的无线光通信系统。     

Statistics of errors in a high-bit-rate optical communication link with reduction of the Kerr nonlinearity effect

Direct numerical modeling of propagation of optical pulses is performed to determine the “tails” of the probability density function of marks and spaces and the statistics of errors in an optical communication link on the basis of a standard single-mode fiber and a dispersion-compensation fiber with a reduced density of marks in the initial bit sequence. Simple analytical approximations for the tails of the probability density function are determined, which allows accurate estimation of the error probability in the link.     

相关信道中光多输入多输出系统的误码率

多输入多输出(MIMO)技术可以在不额外增加频谱资源和发射功率的条件下成倍提高通信系统的信道容量,但子信道间存在的空间相关性会影响光MIMO无线通信系统(OWC)的性能。本文研究了对数衰落信道中空间相关性对光MIMO系统误码率的影响。针对脉冲位置调制(PPM)方式,采用指数相关模型推导出了光MIMO通信系统在不同相关机制下的对数振幅衰落系数矩阵和最大似然检测准则。然后,采用Wilkinson近似方法推导出了该条件下光MIMO系统误码率的上界。最后,利用仿真实验进一步分析了空间相关性对OWC MIMO系统误码率的影响。结果表明:空间相关性的存在使得OWC MIMO系统的性能恶化,且随着收发天线数量的增加,空间相关性会导致系统误码率恶化加剧。因此在实际工程应用中要合理放置天线,尽量减小天线之间的相关性,以便更好地发挥MIMO系统的优势。     

光缆监测系统在通信网管系统中的应用研究

论述了建立电力通信网管光缆监测系统的必要性、遵循的原则和技术优势,针对公司通信网管的现状介绍了光缆监测系统的组成、功能和所需解决的问题,并且重点介绍了光缆监测系统关键技术的特点。该系统的建立对深入分析通道业务如何影响电网事故和改进单位通信业务的管理水平,将具有深远意义。