激光通信APT系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、空間激光通信是一種極具發(fā)展前景的通信方式，它可以廣泛地應(yīng)用于民用通信和軍用通信的各種場(chǎng)合。捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤(APT)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)無(wú)線激光通信終端之間精準(zhǔn)定位的關(guān)鍵系統(tǒng)，在無(wú)線激光鏈路的建立過程中起著至關(guān)重要的作用。本文主要研究對(duì)象是用于衛(wèi)星間激光通信的APT技術(shù)和系統(tǒng)。 在通信鏈路建立之前，APT系統(tǒng)首先執(zhí)行捕獲步驟。本文從衛(wèi)星軌道出發(fā)，建立了用于確定通信雙方衛(wèi)星相對(duì)位置的模型，并推導(dǎo)出衛(wèi)星方位角和俯仰角的計(jì)算式。這樣就極大地縮小

2、了捕獲過程的不確定區(qū)域，有利于實(shí)現(xiàn)快速捕獲過程。 本文提出了一種收發(fā)合一的光路設(shè)計(jì)，采用這種設(shè)計(jì)的系統(tǒng)共用一套光學(xué)天線進(jìn)行光束接收和發(fā)送，減小了系統(tǒng)的體積和重量。同時(shí)該光路設(shè)計(jì)為跟瞄過程合一提供了實(shí)現(xiàn)途徑，APT系統(tǒng)完成跟蹤過程的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了光束瞄準(zhǔn)。 在跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，本文采用了粗精雙跟蹤環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使用大視場(chǎng)電荷耦合器件(CCD)作為粗跟蹤探測(cè)器，四象限探測(cè)器(QD)則作為精跟蹤探測(cè)器，能夠發(fā)揮它們各自在視場(chǎng)和速

3、度方面的優(yōu)勢(shì)。在精跟蹤控制環(huán)路中使用非機(jī)械式的聲光偏轉(zhuǎn)器對(duì)光束實(shí)現(xiàn)快速、精確的角度控制，可以獲得很高的控制帶寬。 穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能通常是控制系統(tǒng)的一對(duì)矛盾性能指標(biāo)，尋找協(xié)調(diào)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的折中方案是本文最終目標(biāo)。本文從理論上對(duì)粗精跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行性能分析，得出增大精、粗跟蹤環(huán)帶寬比能夠提高控制系統(tǒng)誤差抑制能力，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的結(jié)論。最后，以微控制器(MCU)為核心器件設(shè)計(jì)并著手搭建實(shí)驗(yàn)室條件下的APT演示系統(tǒng)，對(duì)APT演示系統(tǒng)測(cè)試