高速率空间激光通信系统及其应用

经过二十余年的快速发展,空间激光通信的研究重心逐渐从高精度ATP分系统向高速率通信分系统转移.紧密跟踪空间激光通信的国际发展最新动态,从通信带宽和链路功率两个方面,针对通信发射单元、接收单元和信道特性,分析了提高空间激光通信传输速率的技术难度与途径,分别阐述了波长1 550 nm、基于EDFA功放和前放技术,空间相干技术,光偏振复用技术,光波分复用技术的基本原理、性能指标及关键技术,为高速率空间激光通信提供了技术参考.     

基于CCD的光斑能量分布测量及特性分析

光纤技术应用于自由空间激光通信系统有诸多优点,而且应用前景广阔。空间光与光纤的耦合效率问题是其应用中的首要问题。本文论述了光斑半径与耦合效率的关系,对有无大气影响时的光斑形状进行的仿真,分析了大气湍流对光斑形状以及半径的影响,采用CCD对激光光斑进行测量,分析CCD采集到的激光光斑的能量分布、光斑半径等特性,特别针对当采集到的光斑中央最大光功率超出CCD的探测范围,根据已知的光斑能量分布,推算出光斑中央的光功率,用以拟合出实际光斑能量分布,确定光斑半径大小。对光斑半径大小的研究有助于合理选择光纤的芯径及数值孔径,评估空间光到光纤的耦合效率。     

激光通信精跟踪中PZT驱动器非线性的研究

为了保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪单元中PZT驱动器的设计至关重要。PZT驱动器具有位移分辨率高、体积小,响应快、不发热等优点,但其固有的迟滞、蠕变和非线性,严重影响了它的定位精度,本文通过采用DSP为主控单元建立闭环系统对PZT内在的非线性进行控制补偿,对实验的结果进行仿真验证。     

面阵CCD相机驱动时序的研究

面阵CCD是应用于图像传感和非接触测量领域中重要的光电器件,在光电检测技术领域应用广泛.介绍了美国TI公司的面阵CCD TC237B的结构特性及工作原理,简要介绍了多种CCD时序驱动的方法,重点对逐行扫描单输出方式的驱动时序进行了全面、细致的分析.本文结合实际课题,使用在线可编程大规模逻辑器件实现了要时序产生电路.同时,该系统具有高可靠性、高稳定性、编程灵活等特点.     

开关电源的可靠性设计研究

对影响开关电源可靠性的几个方面作出较为详细的分析比较，从工程实际出发提出提高开关电源可靠性的方案。     

宽范围高精度无级激光能量衰减器的研究

本文介绍了激光半主动制导武器目标模拟系统中宽范围、高精度、无级激光能量衰减单元.它由大小两个棱镜、精密位移平台、控制器、光栅尺组成.其激光能量调节原理基于朗伯定律,只需改变光束穿过物质厚度,即可改变光强.系统实现激光能量的宽范围、高精度、高动态连续无级调节,与传统的激光能量大小调节系统相比较,它解决了能量变化动态范围小、线性度不好、需要多级级联等问题,同时具有结构简单、稳定性高、加工成本低等优点.使用1 064 nm激光器进行了实验与测试,并给出了设计方案及其实现过程,对激光能量大小调节的研究起到了推动作用.     

电阻阵列式舰船红外靶标温控方法研究

本论文结合实际打靶需要,根据目标与背景的红外辐射特性的基本原理设计了一种电阻阵列式舰船红外模拟靶标系统。通过本论文,对电阻阵列式舰船红外靶标的工作原理,基本组成,以及温度模型建立方法和控制方法作了介绍。     

空间光到单模多芯光纤耦合效率分析及影响因素研究

为了降低空间激光通信系统中空间光到单模光纤的对准难度,采用单模多芯光纤对信号光进行接收。以单模七芯光纤为例,建立了空间光耦合到单模多芯光纤的数学模型,分析了数值孔径对不同纤芯排列的七芯光纤耦合效率影响,结果表明：随着数值孔径的增加,七芯光纤的耦合效率先增加、后减小;纤芯呈正六边形排列较纤芯呈直线形排列的耦合效率高。比较了存在倾斜、离焦、随机角抖动情况下空间光到单模七芯和单模单芯光纤的耦合效率,结果发现：光纤发生横向偏移时,七芯光纤耦合效率呈周期性变化,当横向偏移量分别取值10 μm,15 μm和17 μm时,多芯光纤平均耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤分别高出14.4%,39.6%,36.9%;当光纤轴向偏移0.1 mm时,七芯光纤的耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤耦合效率高约12.9%;当光纤随机抖动的幅度标准差为6 μm时,七芯光纤的耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤耦合效率高约7%. 由此可知,单模多芯光纤对倾斜、离焦和随机角抖动都有很好的抑制作用。     

天空背景光条件下空间激光通信系统粗跟踪光斑提取方法的研究

随着科学技术的迅速发展,人们对信息量的需求不断增大。空间激光通信因其具有通信速率高、通信束散角小、安全保密性高等众多优点,受到越来越广泛的应用。在空间激光通信系统中,天空背景辐射是影响系统性能的主要背景噪声。强天空背景条件下,粗跟踪光斑的提取成为了影响粗跟踪精度的主要难点。首先介绍了几种抑制天空背景光的方法,如采用原子滤光片、减小接收机口径等。在实验条件下,采取Otsu阈值处理和质心算法对粗跟踪光斑进行处理,分析天空背景光对粗跟踪成像光斑的影响。实验结果表明,在天空背景光影响下,这种Otsu阈值处理方法能够准确提取成像光斑,可以有效提高粗跟踪精度。     

四象限探测器的特性测试

研究了用四象限探测器检测光斑中心位置时,入射光斑的各种特性和外部环境对象限探测器输出产生的影响。通过理论推导得出了入射椭圆高斯光斑时光斑中心位置与探测器输出的关系公式及检测灵敏度公式;搭建实验系统完成了室内及野外测试实验。实验结果表明,室内环境下探测器具有较高的检测精度与细分能力;在极限灵敏度下通过数字滤波可以使器件具有36细分的能力;测量了象限探测器的电压特性,完成了背景光特性、光斑大小特性、信噪比特性测试实验。野外实验表明,光强闪烁对探测器影响很大,当大气折射率结构常数为10-16时,距离在830 m时器件仅具有7细分能力,距离在12.5 km时基本没有细分能力,已经无法进行光斑检测。