空间移动平台信标光的地面模拟捕获与跟踪实验

采用TMS320LF2407A与TMS320DM642的双(DSP)新颖设计,运用卡尔曼预测模型实现了一种新型空间移动平台光通信的信标光扫描、跟踪控制系统.详细论述了系统的硬件、软件设计,给出不同实验条件下的信标光捕获时间,并分析了信标光捕获时间误差和减少捕获时间误差的方法.地面模拟空间移动平台信标光捕获实验表明,信标光捕获与跟踪精度高、扫描速度快,该实验系统具有很好的实用价值.     

基于ARM的空间光通信APT控制系统设计

设计一种基于ARM嵌入式处理器为核心的控制系统,该系统主要完成在空间无线光通信中信标光的扫描、捕获和跟踪控制,即APT控制系统.以光栅螺旋扫描算法实现信标光的扫描、捕获功能,用增量式PID控制算法实现信标光的跟踪控制功能.该设计具有高实时性、高集成度、低功耗等优点,可满足空间光通信中APT控制部分的要求.     

TMS320DM642在移动平台ATP技术中的应用

介绍了一种DSP数字处理器TMS320DM642在移动平台ATP技术中的应用。DSP处理CCD采集的图像信号,并将相应信息实时反馈给电机控制部分,立即作出相应调整从而控制CCD运动,使光斑落在视场中心。移动平台ATP（信标光捕获跟踪瞄准）技术是实现空间激光通信的关键技术,在卫星和航空航天等大容量通信方面具有巨大应用前景。     

TMS320DM642在移动平台ATP技术中的应用

介绍了一种DSP数字处理器TMS320DM642在移动平台ATP技术中的应用.DSP处理CCD采集的图像信号,并将相应信息实时反馈给电机控制部分.立即作出相应调整从而控制CCD运动,使光斑落在视场中心.移动平台ATP(信标光捕获跟踪瞄准)技术是实现空间激光通信的关键技术.在卫星和航空航天等大容量通信方面具有巨大应用前景.     

湖面自由空间光通信信标光的粗跟踪设计与实验

以湖面信标光为真实移动跟踪目标,设计了二维粗跟踪演示系统,验证空间光通信捕获、跟踪和对准(ATP)系统对机动目标的跟踪性能。采用双DSP和两轴精密转台搭建了粗跟踪的硬件平台。采用直方图阈值分割法将信标光从复杂的湖面背景中分离出来。采用预测自校正控制算法设计粗跟踪系统的控制器,具有较好的鲁棒性。进行了针对湖面移动信标光的二维跟踪实验,实验结果表明,粗跟踪系统有较好的跟踪精度,跟踪精度与跟踪距离远近关系不大,满足空间光通信跟踪系统的要求。     

一种新型的大气传输光通信APT系统研究

根据实际应用中对机动式大气传输光通信的要求，提出一种新型的大气传输光通信APT系统方案。以小波变换作为对通信对象红外目标进行检测识别的算法，搭建了基于FPGA和DSP的红外信号处理和伺服控制的硬件智能控制平台，将目标的捕获和图像的处理与伺服控制、精密机械传动等为一体形成大气传输光通信捕获、扫描和跟踪(APT)系统。该系统在FPGA上实时检测通信对象，通过DSP实现ATP算法的控制，由伺服精密传动系统实现扫描、捕获与跟踪。     

2.3km、1.25Gb/s空间移动平台激光通信实验

介绍了一套基于空间移动平台的完全脱离PC机的高实时的无线激光通信演示系统,用通信终端的相对运动来模拟实际卫星间的相对运动.实验实现了2.3km距离、1.25Gb/s速率的自由空间移动平台光通信,通信系统主要分为APT和通信两大部分.实验很好地实现了移动平台间的光通信,达到了设计要求.     

基于DM642的信标光实时图像处理

信标光图像处理是完成空间移动平台光通信跟踪和捕获的一种过程.文章具体讲述了在DM642平台上视频设备驱动程序的开发过程,在图像处理中采用最大中值滤波和质心法能有效地提取目标,应用卡尔曼预测算法能有效地跟踪目标运动轨迹.     

空间光通信系统的初始捕获对准研究及实验

文章提出采用GPS(全球定位系统)坐标解算和蜂窝螺旋扫描来实现空间光通信ATP(捕获、跟踪和对准)系统初始捕获的方法。首先由通信两端的GPS坐标计算出光学天线的方位角和俯仰角,光学天线根据计算的角度值大致对准信标光的方向,从而缩小了信标光捕获的不确定区域。然后在不确定区域内执行蜂窝螺旋扫描,从而将信标光引入粗跟踪CCD(电荷耦合元件)的视场内,实现初始捕获。通过地面捕获实验验证了上述方法的有效性。     

空间光通信捕获跟踪模拟演示系统

针对移动平台空间光通信信标光捕获跟踪系统的要求,给出了ATP模拟演示系统的设计框图.对CCD采集的光斑图像,先用二维中值滤波来消除噪声点,然后用动态阈值分割出光斑图像,用形心算法定位光斑坐标.跟踪控制器采用增量PID控制来减小累积误差的影响,且便于DSP的实现.通过对模拟仿真台在不同运动速度时的二维转台动态跟踪实验结果分析表明模拟演示系统有较好的跟踪精度.     

高空平台不稳定对平台间光通信性能的影响及抑制

考虑晃动对平台间光通信的影响,结合Γ大气扰动模型,推导出平台间光通信的误码率表达式,进一步分析平台晃动条件下平台间光通信捕获、跟踪和瞄准(APT)系统的设计要求。结果表明,发送端偏转和接收端的垂直运动对平台间光通信性能影响较大,而接收端偏转和发送端的水平运动对平台间光通信性能影响较小;满足平台间光通信误码率小于10-6的APT系统瞄准精度应低于50μrad。     

基于双DSP的光电目标跟踪控制系统设计

光电目标的捕获、瞄准和跟踪是空间激光通信的难题之一.采用TMS320DM642+TMS320F2812为核心处理器设计了光电目标跟踪系统,介绍了系统的硬件设计,给出了详细的软件执行流程,采用两块独立模块构成系统,可靠性高.经实验证实:该系统能有效提取CCD视频光斑并将解算的坐标信息送给F2812,通过施加一定的算法,能够有效地跟踪光电目标.     

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.     

复合轴精跟踪系统伺服带宽的优化设计

复合轴精跟踪系统决定了空间光通信APT系统最终的控制精度,需要很高的伺服带宽、伺服刚度和控制精度。针对该要求,根据精跟踪系统的性能指标和各频段的作用建立对应的期望传输特性和精跟踪系统的频率特性测试系统,对输出数据进行多项式预测滤波,采用递推最小二乘法辨识被控对象传递函数的各个参数,最终得到补偿校正函数,为精跟踪系统带宽的全频段优化设计探索出一种简便有效的设计方法。实验分析表明:精跟踪伺服带宽达到300 Hz以上,系统稳定且响应快速,测试跟踪误差约为±2μrad,各项性能指标均满足精跟踪系统的应用需求。     

市内建筑间无线光通信GPS辅助单向捕获研究

为减小无线光通信链路建立时间及增加系统捕获可靠性,提出将GPS技术应用于光通信实验系统中。以TMS320F2812为控制核心,搭建了无线光通信定点单向捕获实验系统。系统采用用户界面统一控制,双方GPS坐标手工输入至用户界面,解算出需调整的方位及俯仰角后送于F2812,驱动二维转台完成初始捕获,据此选择多点进行了多次单向初始捕获实验。结果表明,采用GPS导航定位技术,可快速实现信标光的初始捕获,且具有较高的捕获成功概率。     

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。     

远场16km精跟踪系统实验研究

基于FPGA的精跟踪系统结构和工作原理,跟踪控制采用自适应模糊PID算法,在线实时动态调整PID参数值,在16km的星地光通信的精跟踪系统演示实验中实现了对通信光束功率(1550nm)的稳定,极大地提高了通信中1550nm光功率耦合效率,通过实验数据分析,精跟踪系统的跟踪精度达到了2.4μrad。