四象限探测器数字跟踪通信复合接收机设计

随着微纳卫星技术的迅速发展,为实现空间激光通信接收终端的轻小型化设计,采用四象限探测器(Quadrant Detector,QD)作为通信接收机的探头。设计的四象限探测器数字跟踪通信复合接收机,首先通过四象限探测器将光信号转换为电信号后,然后经过前置跨阻放大电路进行信号放大并转换为电压信号,再由模数转换(Analogue-to-Digital Conversion,ADC)将电信号转换为数字信号,最后通过现场可编辑门列阵(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的数字算法完成跟踪与通信相关的信号处理。通过理论分析得到在1064nm波段,当误码率为10-6,通信速率为10Mbps,信噪比为90时,探测灵敏度为-45dBm;在光斑半径为400μm时,位置分辨力为6.29μm,实现了0.0016的细分能力。通过对探测信号链的仿真、光斑位置分辨力的仿真、通信解调与数据时钟恢复(Clock Data Recover,CDR)的仿真以及对光斑位置与脱靶量解算的仿真,进一步验证了接收机跟踪与通信复合功能的实现。最后通过实验测试得到在误码率为10-6,通信速率为10Mbps时,探测灵敏度为-30d Bm,并对光斑位置探测的误差进行了标定。数字接收机的性能参数满足通信系统的基本要求,基于FPGA的软件设计完成了单探测器跟踪与通信功能的复合,并实现了接收机的数字化,满足接收机的轻小型化设计的要求。

基于象限探测器的激光跟踪与通信技术

设计了一套空间激光通信系统,应用四象限探测器完成光斑位置检测与信息接收复合应用。给出了系统组成原理与工作原理,对其中涉及的关键技术进行了阐述。搭建实验系统完成跟踪与通信性能测试,结果表明在实现跟踪精度为3μrad时,系统整体通信速率达到20Mb/s。

四象限探测器的跟踪与通信复合探测技术

针对空间激光通信系统小型化设计的需求,提出了使用雪崩二极管(APD)型四象限探测器实现跟踪与通信复用的方案,用以降低通信系统的体积和功耗,提高光能量的利用率。简述了系统总体方案的组成与工作原理,在室内搭建测试平台,对跟踪与通信复用模式下的数据采集、通信速率、极限灵敏度、跟踪精度等探测性能进行测试。结果表明:采用靶面直径为4mm的APD型InGaAs四象限探测器,在曼彻斯特编码、强度调制/直接探测条件下,通信速率可达10 Mb/s,探测灵敏度为-35.4dBm,误码率为10^(-6)。当光斑直径为四象限探测器光敏面直径的一半左右时,光斑位置检测的最小分辨率为2μm,探测范围可达0.8 mm,角分辨率为0.8μrad。初步验证了使用APD型四象限探测器用于跟踪与通信复合探测技术的可行性,为空间激光通信系统小型化设计提供技术支持。