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空间光通信ATP系统关键技术研究

作　者: 杨志强
导　师: 李志全
学　校: 燕山大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 空间光通信 ATP系统 粗跟踪 精跟踪 跟踪精度 自适应控制
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


空间光通信正是以其传输码率高、功耗低、抗干扰能力强等一系列优点而发展起来的一项高新技术,各国都非常重视对空间光通信的研究工作。而窄的激光发射光束导致了光束对准中许多技术上的挑战,对捕获、跟踪和瞄准(Acquisition、Tracking、Pointing-ATP)技术的研究也就显得尤其重要。本文简要介绍了空间光通信技术的概念及相对于传统微波通信技术所具有的优点,并阐述了空间光通信所涉及的关键技术,详细介绍了ATP技术在空间光通信系统中的重要性,对ATP系统的结构、工作原理以及关键技术指标进行了重点研究。在空间光通信ATP系统的跟踪技术研究方面,本文阐述了影响跟踪精度的误差来源,分别对框架的耦合作用和加速度干扰对ATP系统跟踪性能的影响、光电探测器探测误差以及跟踪平台振动及振动抑制方法进行了研究,重点分析了跟踪误差对系统性能的影响,在建立了相应的跟踪误差数学模型的基础上,提出了可行的误差消除方案。在ATP系统的硬件设计方面,本文主要对ATP系统的的接口电路进行了分析和设计,对A/D转换电路、D/A转换电路及光电编码器信号反馈电路的功能和设计要点进行了分析,同时给出了相应的电路结构图,并对各电路的主要部件的结构和性能参数进行了分析。本文中ATP的实现方案采用的是复合轴伺服系统结构,在对空间光通信ATP中跟踪技术研究的基础上,提出了提高ATP系统伺服精度的方案,对粗跟踪系统的校正采用的是串联补偿器的方法;根据数字控制的直接设计方法对精跟踪回路进行了校正补偿,在此基础上对各个方案进行Matlab仿真分析,仿真结果表明了校正方案的合理性。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 空间光通信技术概念及特点  9-10
  1.2 空间光通信中的关键技术  10-11
  1.3 ATP 技术所涉及的主要内容  11-13
  1.4 ATP 技术的研究及发展现状  13-16
  1.5 本论文的主要内容及结构安排  16-18
第2章 ATP 系统结构及关键参数  18-29
  2.1 空间光通信系统组成  18
  2.2 ATP 系统结构及工作原理  18-22
    2.2.1 ATP 系统中的光束方向调整装置  20-21
    2.2.2 ATP 系统中的误差检测器件  21-22
  2.3 ATP 系统关键参数及技术考虑  22-24
    2.3.1 信标光链路分析  22
    2.3.2 跟踪灵敏度  22-23
    2.3.3 捕获灵敏度  23-24
    2.3.4 瞄准性能  24
  2.4 ATP 系统的工作过程  24-27
  2.5 ATP 系统控制流程  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第3章 ATP 系统跟踪误差分析及处理  29-51
  3.1 粗跟踪平台的框架耦合对ATP 跟踪性能的影响及消除  29-36
    3.1.1 基于两轴四框架结构的粗跟踪平台模型及简化  29-31
    3.1.2 内框架的混合自适应控制  31-36
  3.2 跟踪探测器Q-APD 的噪声消除  36-45
    3.2.1 Q-APD 定位原理及工作方式  37-39
    3.2.2 Q-APD 探测信号噪声类型及特点  39-40
    3.2.3 基于自适应提升小波的Q-APD 探测信号去噪  40-45
  3.3 平台振动对跟踪精度的影响及对振动的抑制  45-50
    3.3.1 振动分析及典型振动模型  45-46
    3.3.2 跟踪平台振动补偿技术  46-50
  3.4 本章小结  50-51
第4章 ATP 系统中计算机接口电路设计与分析  51-57
  4.1 ATP 伺服控制系统硬件结构及工作原理  51-52
  4.2 ATP 系统中计算机接口单元结构设计  52-56
    4.2.1 探测单元数据处理  52-53
    4.2.2 计算机控制信号输出  53-54
    4.2.3 光电码盘反馈数据输入接口  54-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章 ATP 系统的动态综合校正设计  57-70
  5.1 粗跟踪伺服系统结构及校正设计  57-63
    5.1.1 粗跟踪伺服系统结构  57-58
    5.1.2 粗跟踪伺服系统模型  58-60
    5.1.3 粗跟踪伺服系统的校正设计  60-63
  5.2 精跟踪系统数字校正设计  63-69
    5.2.1 精跟踪系统工作原理  63-64
    5.2.2 跟踪伺服系统的数字控制原理  64-65
    5.2.3 基于快速倾斜镜的精跟踪数字控制器设计  65-69
  5.3 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  75-76
致谢  76-77
作者简介  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信
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