基于ARM控制的紫外光通信系统收发端捕获、对准与跟踪(APT)的研究与实现

紫外光通信相较于如红外光通信等常规的光通信,具有可非直视通信的优点。与现有的电磁波通信相比,紫外光通信又具有保密性较高、抗干扰能力较强的优点。基于紫外光通信的优点,有高校已经设计出将通信过程分为直视通信与非直视通信,且在通信过程中可以很好地衔接双向通信机的硬件,根据前人提出的捕获、对准与跟踪(APT)方法的理论知识,通过STM32微处理器进行实现。实验证明,通过波形采集法实现的APT可以达到通信要求。

机载无线激光通信对准-捕获-跟踪系统及动态飞行试验研究

机载无线激光通信具有通信速率高、抗干扰能力强、保密性好、布置灵活等优点,在天地一体化高速信息网络、军用保密通信、电磁干扰环境下可靠通信等应用中有着广阔前景。为解决机载环境下激光通信光轴对准难题,通过对无线激光通信系统特点和Y-12型飞机平台特性的分析,采用粗、精两级复合跟踪方案,设计了由被动减震结合主动抑制的粗跟踪单元和电磁振镜精跟踪单元组成的机载无线激光通信对准、捕获、跟踪(PAT)系统。Y-12飞机搭载该系统开展了双固定翼飞机间远距离、高速机载激光通信试验,验证了所设计的机载无线激光通信PAT系统的跟踪性能和机载环境适应性。

一种提升单探测器复合跟踪中粗跟瞄子系统预测精度和稳定性的方法

针对单探测器复合轴粗跟瞄预测过程中数据利用率不高的问题,提出了基于卡尔曼滤波和最小二乘法的实时预测方法,并通过实测振动数据进行仿真验证。结果显示:随着步长的增加,数据点之间的关联性降低,导致预测准确性和稳定性下降;数据利用率的提高又会增加数据点关联性,提升预测准确性和稳定性。在预测步长为25 ms即数据利用率为75%的情况下,达到预测误差最小和稳定性最优的平衡点。

移动场景下无线紫外光自动捕获对准跟踪系统

为了解决复杂地形和实际应用中移动设备间的通信问题,针对紫外光可进行非直视的特点,本文提出了一种移动场景下无线紫外光通信自动捕获对准跟踪的算法,并搭建以ARM为主处理器,控制电机进行转动的同时进行通信的硬件电路系统。该系统测试了算法的可行性,重点分析了捕获时间与主从节点间移动速度和主从节点间间隔距离的关系,证明该系统在主从节点20m范围内,主从节点移动速度不超过0.3m/s时能够较好的实现移动场景下的无线紫外光自动捕获对准和跟踪。

基于自校正控制的空间光通信精跟踪系统设计

针对空间光通信捕获、跟踪、对准(acquisition,tracking,pointing,ATP)系统的精跟踪单元高度复杂、被控对象参数模型难以精确获得、存在慢变化随机干扰的特点,提出采用自校正PID(proportional,integral and derivative)控制来设计精跟踪的控制器,改善了系统动态性能,增强了系统对不确定因素的适应性。采用遗忘因子递推最小二乘法来进行参数辨识,能在线调整适应对象参数的变化,增强了系统的适应性和鲁棒性。通过仿真验证了算法的控制性能和参数辨识效果,算法的实时性也满足系统设计的要求。给出了ATP精跟踪系统的设计框图,进行了2.3 km的精跟踪实验。实验结果表明精跟踪系统采用自校正PID控制有较好的跟踪精度。

量子定位系统中的精跟踪系统与超前瞄准系统

在描述量子定位系统(QPS)及其捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的工作过程的基础上,对ATP中的精跟踪系统的组成结构进行了详细的设计,并对其中各部件参数与系统性能之间的关系进行分析;对精跟踪系统中的快速反射镜的镜面直径、转角范围、角分辨率、谐振频率、精跟踪探测器的像元尺寸、帧频、像元阵列、灵敏度等参数的合理选择进行详细分析;建立精跟踪控制系统各部分的传递函数及完整方框图;对超前瞄准系统结构以及超前瞄准角与超前瞄准探测器中超前瞄准点的坐标转换关系进行了分析,为超前瞄准角闭环实现提供了一套实施方案。

基于FPGA的激光无线通信精跟踪系统

精跟踪是激光无线通信信标光的捕获、瞄准与跟踪系统中的一项关键技术。详细介绍了精跟踪的各部分组成,以高帧频CMOS相机采集光斑,采用质心法提取光斑中心坐标,以高速数模转换器、PZT控制器和高精度振镜作为光路偏转控制系统,以增量式PID算法作为跟踪算法。通过采用Altera公司的Cyclone系列FPGA作为控制芯片,开发了一款独立的低功耗便携式开发平台,满足具体科研应用的项目产品要求。

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(AcquisitionTrackingandPointing)技术至关重要。通过焦平面探测器阵列CCD(Charge-CoupledDevice)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。

FSO系统中基于PSD的高精度跟踪系统设计

捕获、跟踪、对准(ATP)系统是自由空间光通信(FSO)系统中一项关键技术。给出了基于位置敏感探测器(PSD)的ATP系统实现方案;并针对PSD探测精度受暗电流和背景噪声影响较大的问题,设计了一套调制检测方案并结合卷积算法实现整个系统跟踪精度的提高。

强跟踪五阶CKF算法在初始对准中的应用

针对载体行进间初始对精对准过程易受有色噪声影响,造成对准精度高的问题,提出一种基于高阶球面-径向积分的强跟踪滤波方法,该算法基于里程计辅助下惯性系行进间精对准误差模型,将状态变量的自相关函数进行正交化运算,保证噪声信号的白化,并运用五阶球面-径向准则对于滤波过程中参数的后验概率密度函数进行近似数值计算。仿真实验表明,在方位角为大失准角的条件下,该算法可以有效地保证较高的滤波精度,并且在噪声未知的情况下,滤波器保证很好的鲁棒性。

大气激光通信中稳定跟踪技术研究

为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法,分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性,结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析,得到在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论,并通过实验进行了验证.

空间激光通信捕获、对准、跟踪系统动态演示实验

捕获、对准、跟踪（APT）系统是空间激光通信重要组成部分，是通信正常进行的前提与保障。对APT系统组成原理、工作原理、关键技术、系统设计、工程实现等内容进行了详细的研究，在此基础上开展室内模拟实验及野外演示验证实验。室内模拟实验跟踪精度达到2～3μrad，表明本系统可应用在星间激光通信中。野外双端动态演示实验在飞艇一船舶间进行，结果表明系统捕获概率优于95％，捕获时间小于60s，系统跟踪精度由于受到大气湍流影响而降低，多次实验测试表明在湍流中跟踪精度达到5～25μrad。APT系统的成功研制为空间激光通信顺利进行奠定了基础。

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1.5 kHz,转角范围约为±2 mrad,精度约为1μrad,分辨率约为0.1μrad。

自由空间光通信地面演示系统光束APT设计与实现

自由空间光通信将成为未来空基通信一种可行且诱人的通信手段。光束的捕获、对准和跟踪是自由空间光通信中必须解决的关键技术之一。本文对设计的自由空间光通信地面演示系统进行分析。详细论述演示系统的组成及功能，ＡＰＴ伺服系统的设计和演示实验的工作流程。最后给出实验测试结果。

光斑缺碎情形下光学天线光轴对准实验研究

针对同时存在方位偏移及俯仰误差的情况,提出了一种适用于捕获、对准与跟踪系统的光斑检测方法.分析了破碎光斑与高斯完整光斑的位置误差;解决了当光束存在漂移、入射光束与天线视轴不平行同时存在而四象限探测器无法分别探测的问题.最后实验验证了本文方法的有效性,提高了检测的准确度.

无线激光通信APT系统的研究

利用激光在无线信道中的传输特性和无线通信对APT的要求,研制了新型的APT系统,并分析了系统每一部分的工作原理;为实现光束的捕获、跟踪和对准,设计了特定的工作流程和相应的跟踪算法,利用四象限探测器进行信号的处理,说明了该系统的合理性.

激光星间通信终端精瞄微定位系统研究现状

激光星间通信是未来通信的最佳解决方案之一,激光束的捕获、瞄准和跟踪技术(APT)是激光星间通信的关键技术。精瞄微定位系统是APT系统的重要组成部分,与粗瞄系统配合执行激光束的捕获、瞄准和跟踪任务。该文介绍了精瞄微定位系统的关键技术,详细阐述了精瞄偏转镜机构、驱动检测技术及控制方法等关键技术的国内外研究现状,指明了系统的发展趋势,对进一步研究微定位系统具有指导意义。

海上双运动载体光通信APT瞄准系统的研究

对自由空间激光通信在海上特定条件下APT系统中如何精确瞄准进行了分析和讨论,关键技术包括:系统功率预算、瞄准误差、探测器选择等,并给出了APT瞄准系统理论设计的参数。

自由空间光通信APT系统仿真

高精度、宽带宽的激光捕获、对准和跟踪(APT)技术是自由空间激光通信的关键技术。简要的分析了APT系统的工作原理,建立了仿真的数学模型,利用Simulink语言,实现了卫星激光通信中APT过程的动态仿真,在此基础上设计了星际激光通信复合轴APT综合模拟实验系统。由该系统得出的有效抑制带宽为200～300Hz,经过粗、精两环抑制后的振动残差为1.2μrad,通过实验获得的数据与理论分析一致。仿真结果为系统的设计以及系统的可靠性提供了保证,为进一步发展空间激光通信技术提供了理论依据。

大气激光通信中的APT技术研究

在空间激光通信系统中,空间光束的自动搜索、跟踪、瞄准,即APT(Acquisition,Pointing and Tracking)是一项非常关键、非常重要的技术。文中对APT的工作原理、工作过程以及大气空间环境对APT系统的影响等进行了分析。