空间光通信系统的设计及实现

提出一种较全面的空间光通信系统结构。该系统的光发射接收子系统采用三发三收的设计方法,以增大光的发射功率和接收功率;APT子系统采用望远镜进行粗瞄准,音频调制光标信号进行精瞄准;控制子系统采用Ethernet接口,远程通过Internet对系统进行测量和控制的设计方法。给出一个近地大气空间光通信系统的设计实例, 其信号传输速率为155Mbps,传输距离为4km,在误码率不大于10-9条件下,系统接收灵敏度达到-52dBm。

空间光通信ATP系统中的跟瞄技术

在空间光通信中,为实现准确捕获和高精度跟踪,ATP系统采用复合轴控制技术。复合轴控制系统的主轴控制,即粗跟踪控制, 其系统由速度环路和位置环路组成, 控制过程由TMS320VC5416 高性能DSP芯片来完成。仿真和实验结果表明,主轴控制系统的跟踪精度在1 以内,满足ATP系统对精度的要求。

量子导航定位系统中光学信号传输系统设计

基于量子导航定位系统的工作原理和过程,设计了其光学信号传输系统,分析了系统中的部件特性及选型.在给定的相关参数及期望性能指标下,结合各关键部件的特性设计了光学信号传输系统的具体实现方案,包括捕获跟踪瞄准系统中的光学天线、二维转台、粗跟踪探测器、快速反射镜、精跟踪探测器及HOM干涉仪中的单光子探测器,为量子导航定位系统中光学信号传输系统仿真实验平台的建立和硬件系统的实现,以及定位精度的进一步提高打下了基础.

潜望镜式卫星光通信终端的CCD粗跟踪

由于轻小型卫星光通信系统中潜望镜的光学结构随粗瞄机构姿态变化而发生改变,使得相应的跟踪算法变得较为复杂,本文对潜望镜式星间激光通信终端粗跟踪算法进行研究以提高粗瞄机构的跟踪精度。利用矩阵光学方法,建立了潜望镜式光通信终端中光学器件的矩阵模型,在获得CCD测角模型后,推导了基于CCD测角的粗瞄装置自动跟踪算法模型,实现了潜望镜式光通信终端粗瞄装置对目标光束的快速跟踪,并对模型进行了相应的实验验证。实验结果表明,该CCD测角跟踪模型正确地反应了实际终端中的光学传递关系,能够正确地对CCD图像位置信号进行处理并获得稳定跟踪角度,平均跟踪精度优于10μrad,满足卫星激光通信中稳定可靠、高精度粗跟踪的要求。本文提出的方法对类似的光学系统具有借鉴意义。

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜(摆镜式)激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5μrad (3σ),均方根误差优于10.5μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。

自由光通信中卫星相对运动的补偿设计(英文)

分析了不在同一轨道平面的光通信终端搭载卫星的相对运动模型,通过对终端万向节指向的补偿校正来提高扫瞄捕获概率,缩短激光链路的建立时间,并对通信过程中的接收光束在电荷藕合器件靶面坐标系中的坐标值进行修正,减弱对快速倾斜镜的高带宽限制.最后对相对运动模型进行解算,依据方案对捕获和跟踪过程的补偿设计进行数值仿真,结果表明本设计方案可以消除由于卫星相对运动引起的光束指向偏差.该方案简化了系统结构,降低了系统复杂性,减少了能量消耗,同时易于星载计算机程序实现.

某ATP训练模拟装置仿真实现技术

为满足提高训练模拟效果的需要,从某捕获跟踪瞄准系统的实际特点出发,设计了训练模拟装置的分布式实现模式。以该模式为基础,对模拟装置的实现模式、软件结构框架、ATP系统各模块仿真模型、基于HLA/RTI的时间管理和多种人机交互形式等关键技术的实现进行研究,并采取与实装一致的交互面板和完全实时的时间同步。结果表明:该装置能实现对实装系统的单杆跟踪、电视跟踪等科目的模拟和训练,保证训练效果,提升训练质量。

探测器条状噪声对精跟踪系统光斑定位的影响

捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器在不同噪声下对精跟踪系统进行光斑位置定位的影响不同。分析了探测器条状噪声的来源,理论推导了条状噪声对质心算法的影响。采用阈值质心算法对含有条状噪声和椒盐噪声的图像进行光斑定位,仿真分析了不同阈值、不同光斑图像信噪比下X轴和Y轴的光斑定位偏差,对比了X轴和Y轴的光斑定位精度。仿真结果表明,沿Y轴方向延伸的条状噪声使得X轴光斑定位精度优于Y轴。实验分别测试了不同系统配置、不同干扰幅度下精跟踪系统X轴和Y轴的跟踪精度。实验结果表明,对于两个正交轴对称的精跟踪系统,X轴的跟踪精度优于Y轴,从而验证了条状噪声的存在使得X轴的光斑定位精度优于Y轴的结论,实验结果和仿真分析结果相符。

空间光通信的粗精复合轴解耦技术研究

国内外的空间光通信系统都采用粗精复合轴结构实现大视场、高精度、高闭环带宽的跟踪系统。粗精控制环解耦问题是复合轴结构控制系统中很重要的问题,它会影响整个APT系统的性能。通过软件仿真和桌面实验,对双探测器的复合轴解耦问题进行了深入的研究,在桌面实验系统中实现了空间光通信要求的3urad的控制精度。

基于空频域特征的白天星地信标光跟踪算法

提出了一种白天信标光图像跟踪算法。分析了太阳光反射进相机视场的噪声以及探测器噪声在空域和频域的特点,使用两个频域滤波器检测候选区域。研究结果表明,所提算法具有较高的精度、较快的速度以及较高的可靠性,可用于白天环境下星地信标光的跟踪探测。

空间光通信发展历程及趋势

空间光通信经历了几十年的发展,已经演变出两代光通信终端,并完成多次在轨实验。概述了空间光通信的整体发展历史,详细介绍了欧洲、日本和美国的空间光通信的发展历程,并对其中较为典型的终端或实验及其关键技术进行着重阐释。简要介绍了国内的发展现状,分析了空间光通信的发展趋势,并指出技术上面临的挑战。

移动量子密钥分发技术进展

量子信号在大气信道中传输的可行性已经在多个实验中得到了证实。将量子通信终端搭载到移动平台被认为是量子通信实用化的重要发展之一,可满足全球量子保密网络构建和军事通信领域高保密性等需求。综述了量子密钥在地面与移动平台之间的分发所涉及的关键技术,介绍了移动量子密钥分发技术目前的发展状况与难点,并探讨了下一步实用化发展方向。