空间激光通信AOT系统误差信号的特性分析

针对空间激光通信的技术特点,分析说明了空间光束的捕获、对准、跟踪(APT)技术的重要性和必要性,论述了空间激光通信中APT伺服控制系统的工作流程以及四象限误差信号在控制中的作用.提出了空间激光通信APT系统中误差信号计算的数学模型,分析讨论了信号光斑大小、信号光斑相对于探测器探测面的不同位置情况以及光强分布对系统跟踪速度和精度的影响,其研究结果对科研项目的研究具有极其重要指导意义.     

四象限探测器定位精度的分析与仿真

为了研究影响四象限探测器(QD)在空间激光通信系统中的跟踪精度,以及光斑特性和外部环境对探测器的影响。首先理论推导了四象限探测器光斑检测的原理,然后对光斑半径、光斑位置、背景光、光斑能量分布、死区、系统信噪比等因素进行了仿真分析。研究结果表明,光斑半径的增加会降低四象限探测器的位置探测灵敏度。光斑能量分布、背景光和死区会对光斑位置检测精度产生影响,系统信噪比的提高可以提高位置检测精度。     

无线激光通信技术及相关问题探讨

无线激光通信是一种新兴的通信方式,本文对无线激光通信的技术特点及其应用作了介绍,并对一些相关问题,如光信号调制技术、APT系统技术、大气影响等作了讨论,最后给出了结论.     

基于QD与MEMS振镜的微纳激光通信终端伺服技术研究

为了满足微纳卫星平台间的数传需求,实现伺服结构的小型化,设计了一套基于四象限探测器(QD)与MEMS振镜为伺服架构的微纳激光通信终端,完成光斑的检测跟踪.为了提高微纳通信终端跟踪精度,分析了光斑大小对四象限探测器检测精度的影响,使用Matlab进行仿真,并据此设计了一种当光斑直径小于四分之一探测器靶面直径时的捕获跟踪伺服系统算法,对系统组成及捕获跟踪算法进行了详细论述.搭建室内实验平台,进行了双向全光捕获跟踪实验,系统捕获时间2.2 s,跟踪误差84μrad.     

基于ADAMS和Matlab的一对多激光跟踪天线联合仿真

为了研究激光通信跟踪天线的跟踪性能、减小伺服传动误差、提高设计效率,采用ADAMS和Matlab对一对多激光通信跟踪天线的性能进行机－电联合仿真。利用ADAMS搭建动力学模型,Matlab搭建控制系统模型,然后利用控制系统模型和动力学模型组成联合仿真模型,对一对多激光通信跟踪天线进行联合仿真。由一对多激光通信跟踪天线的联合仿真结果可以得出：一对多激光通信跟踪天线具有良好的跟踪性能,系统稳定状态下,跟踪误差小于目标值的0.4%以下。结果表明：建立的联合仿真模型能够精确地反应跟踪天线的跟踪性能,极大地提高了设计效率,减小了伺服传动误差,为原理样机的研制提供了理论依据。     

空间光通信ATP技术及其进展

对自由空间激光通信光束自动捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统的结构与系统主要技术指标进行了分析和讨论。通过对其中典型系统的介绍,进一步描述了ATP技术的最新进展,论证了空间激光通信的可行性。     

基于DSP的空间光通信的精跟踪数字伺服系统的设计

精跟踪伺服系统在自由空间激光通信中具有重要地位。为了实现精跟踪伺服系统的实时性和小型化,本文采用TI公司的TMS320x240x系列的DSP器件TMS320LF2407作为核心控制器,设计了基于DSP的精跟踪数字伺服系统。本系统主要由CCD光斑成像单元、脱靶量图像处理单元、DSP数字伺服单元和振镜伺服单元组成。其中DSP数字伺服单元主要完成光斑脱靶量的数据解算、控制补偿算法的实现、与脱靶量图像处理单元的串口通信以及对振镜伺服单元的控制。最后经过实验证明本系统达到了实时处理的能力,并实现了整个精跟踪伺服系统的小型化。     

工装数字化测量安装技术研究

以基于激光跟踪仪的工装数字化测量安装技术为研究对象,以控制和减少工装制造安装中测量误差为目的,通过对激光跟踪仪测量系统工作原理分析,结合工装的结构特点,分析了激光跟踪仪测量系统的误差构成,找出了控制和减少测量误差的方法和途径;探索了一种光学测量点的数字化设置方法,定位面外轮廓向内偏置生成偏置内轮廓,并利用编程技术进行寻优计算,获得光学工具点的合理位置,以光学测量点和激光跟踪头之间连线检测激光光束是否受到阻挡,并基于CATIA二次开发技术,完成了测量点合理设置系统的开发。     

光学天线跟踪性能测试方法研究

一对多激光通信组网技术是一种基于光学天线结构的激光通信网络技术,光学天线是一种能够实现对多个目标同时进行捕获、跟踪,并实现一对多通信的关键结构。为了保证组网技术的可靠性,设计了测试光学天线跟踪性能的一整套系统。系统中包含两套目标模拟器结构,以激光信号为目标源提供给光学天线,从而测试光学天线的跟踪性能。根据测试效果及实验数据可判定此测试方法能够达到实用要求。     

光斑对激光点位精度的影响的探讨

三维激光扫描中受激光光斑的影响较大,所以需要分析光斑对激光点位精度造成的影响。本文给出了光斑中点位的误差分布特点,将光斑对光斑的影响投影到不同坐标轴上,从而得到光斑引起的不同方向的中误差,根据不同方向的中误差便可确定基于光斑影响的点位中误差,从而实现光斑对激光点位误差影响的分析。     

自由空间光通信系统的初步设计

自由空间光通信（FSO）是以激光为载波,以大气为传输媒质的新型通信技术,然而传统FSO系统只能实现定点通信,并不具备＂动中通＂的能力。为了克服传统FSO定点通信的缺点,实现＂动中通＂,本文首先对FSO的移动终端作了初步设计,分析了各部分的功能,然后对FSO天线进行了改进,最后介绍了APT（捕获、瞄准、跟踪）的原理,并给出其工作流程。     

嵌入式照射激光光斑实时采集系统研究

在激光制导系统中,照射激光光斑命中率精度是激光照射器重要工作性能之一.在光斑图像的采集方面,可为激光照射器照射光斑性能进行定量测量提供有效的技术手段,为激光制导武器性能改进和优化提供技术支撑.为了获取光斑图像,采用短波红外相机、激光回波探测装置和嵌入式系统,实现对经过编码的变频激光脉冲光斑图像的实时采集.为了保证光斑的精确采集,制导武器发射的激光脉冲组的时间间隔一般都是固定的,很可能被敌方截获破解.采用回波探测器实时检测激光光斑信号,这样就可以不定时发射脉冲组激光,很好地解决了这一问题.除此之外对接口进行了设计,可以直接对短波红外相机进行一些简单控制而不需要图像采集卡,使得系统更加便携、小型化.     

四象限传感器用于激光跟踪仪光斑偏移量测量

为了保证激光跟踪仪的跟踪速度和跟踪精度,要求发现目标靶镜运动和反映靶镜位移的四象限传感器信号的处理过程具有快速、准确的动态响应。推导出四象限传感器在对角线算法中的输出信号与光斑偏移量之间的关系为超越函数关系。针对超越函数关系不易快速解算的难题,结合激光光斑的特性,采用了泰勒级数展开算法。使用高精度直角坐标测量机对光斑偏移量测量系统进行了验证实验。实验结果表明:该测量系统实时性好,每秒测量次数达到1 050次;测量精度高,在±400μm测量范围内测量精度可达6μm。该系统可以广泛应用于需要微小位移测量的相关领域。     

空间激光通信中ATP系统光斑检测方法研究

无线激光通信是利用激光作为载波,通过空间传播信息的一种形式。高精度、高自动化的ATP技术是关系到空间光通信链路能否成功建立以及通信质量好坏的关键技术之一。分析了四象限技术检测技术和面阵CCD检测技术,给出了具体光斑中心的算法,仿真结果表明,对于QD检测,为了抑制背景光可采用音频调制;对于面阵CCD检测,可采用空间滤波消除背景光影响,为光通信链路的建立奠定了基础。     

用于空间目标动态跟踪的阵列式激光束

设计了一个以256×256像素液晶空间光调制器为激光光束偏转器件的空间目标追踪系统.该系统通过空间光调制器对入射光的纯相位调制来产生动态指向空间目标的二维激光束阵列,以达到对目标的动态跟踪.阵列式光束是通过任意点阵图的相位优化设计方法产生的,该设计方法通过优化算法给出目标图形的优化相位.针对具体运动目标,进行了系统的动态性和偏转角度误差的测试实验,结果表明该追踪系统动态响应时间小于200 m s,偏转角度误差不超过0.032°.采用该方法对空间目标进行扫描跟踪,具有精确、响应快、无机械惯性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有重要研究价值.     

空间激光通信系统中大气湍流的自适应补偿方法

阐述了如何将自适应光学技术应用于空间激光通信系统工程中,以补偿大气湍流效应对激光束传输的影响.自适应光学的核心内容是实时校正光束波前畸变,以提高光学系统的成像质量,在光波质量方面,进一步的目标是要提高到接近衍射极限的水平,主要由波前探测、波前控制和波前校正三部分组成.本文还具体分析了自适应光学系统中时间带宽与空间带宽的匹配问题.空间激光通信系统和自适应光学系统都是非常复杂的系统工程.若将自适应光学技术有效地应用于空间激光通信系统.必然会使空间激光通信技术的发展迈上新的台阶.     

基于命令滤波的异步电机有限时间位置跟踪控制

针对传统反步控制中存在的"计算爆炸"问题,本文结合有限时间和命令滤波控制技术,给出了基于命令滤波的异步电机有限时间位置跟踪控制。在反步设计中,引入了命令滤波技术,通过设计误差补偿机制,减小了滤波误差,成功地解决了在电机传统反步控制中的"计算爆炸"问题。结合有限时间控制技术,减小了系统跟踪误差,缩短了动态响应时间,提高了系统的收敛速度和干扰抑制能力,为验证基于命令滤波的异步电机有限时间位置跟踪控制方法的可行性,利用Matlab软件进行仿真分析。仿真结果表明,本文提出的控制方法,可以使目标信号快速跟踪期望信号,保证系统的跟踪误差能够在有限的时间内收敛到原点的一个充分小的邻域中,最终实现对异步电动机快速准确的位置跟踪控制。该方法具有一定的实际应用价值。     

基于状态约束的永磁同步电机的位置跟踪控制

针对传统反步法无法约束永磁同步电动机的状态量和控制量的问题,本文运用模糊自适应反步法对永磁同步电动机进行位置跟踪控制,同时基于约束李雅普诺夫函数对电机系统的状态量和控制量进行了约束。为验证本文方法的有效性,采用Matlab进行仿真分析,仿真结果表明,本文设计的控制器使所有状态都在预定义的约束状态空间中,跟踪误差也收敛到原点很小的邻域内,实现了对永磁同步电动机快速有效的位置跟踪控制;系统的输出可以很好的跟踪期望信号,电机的各个状态量都在约束空间内,控制器输入ud和uq都稳定在一个有界区域内。该研究对实际系统具有一定的应用价值。     

激光通信用潜望式跟瞄转台伺服系统设计

在卫星激光通信的背景下,为了实现潜望式卫星通信终端对大口径地面站发出的目标光束的快速捕获和精确跟踪,需要具有潜望式通信终端伺服系统的跟踪精度高、低速平稳性好的性能。为此,从两个方面来保证潜望式通信终端的跟踪性能,一是设计了基于ARM和FPGA的伺服控制器,建立基础空间矢量控制的三闭环控制策略,二是建立基于潜望式结构的自动跟踪模型。根据永磁同步电机磁场定向控制原理(FOC)和空间矢量控制原理(SVPWM),进行了相关的硬件设计和控制算法设计。另由于潜望式跟踪结构在对目标光束进行跟踪时存在方位轴与俯仰轴的耦合关系,因此需要利用光学矩阵和转轴的旋转矩阵建立潜望式跟踪转台的自动跟踪模型。之后将单轴电机控制系统与自动跟踪模型相结合,实现潜望式通信终端对目标光束的精确跟踪。实验结果证明:本潜望式跟瞄转台伺服控制系统能够满足跟踪精度和低速平稳性的要求,并且根据建立的自动跟踪模型,实现对目标光束的精确跟踪,满足星间激光通信的高精度粗跟踪要求。     

空间光通信捕获与跟踪技术

空间光通信系统中，要在收信端与发信端之间快速建立通信链路，并在通信过程中维持链路的稳定与可靠，捕获，跟踪与对准技术——ATP(Acquisition Tracking and Pointing)技术至关重要。通过焦平面探测器阵列CCD(Charge—Coupled Device)采集光学信号的图像，利用灰度直方图的性质推导出捕获判决条件，采用光电图象处理算法进行图像的二值化处理，根据质心公式计算光信号的空间坐标，得到的结果作为控制参数，再由控制装置进行收发双方的对准，并通过实验验证了捕获与跟踪的原理，实现了信标光的捕获与跟踪。