空间光通信中高精度光轴偏差检测技术研究

发布时间：2025-05-15 01:53

　　空间光通信以其高传输速率、保密性强、抗干扰能力强、功耗小并且容易实现轻小型化等多个优点,使得其在空间通信中的潜力远远大于空间微波通信。由于激光的发散角小,方向性高等特点,使其不能像空间微波通信那样大面积覆盖,只能通信两端精密对准双方并且稳定跟踪,这样才能够接收到覆盖范围较小的激光所携带的信息。正是在这样的背景之下,本文对空间激光通信中高精度光轴偏差检测技术展开了研究。文中首先对国内外空间激光通信的发展过程和所使用的捕获、跟踪、瞄准（ATP）系统进行了详细的研究。分析了空间激光通信链路误差的产生原因,得出了测量器件的测量误差会造成系统控制误差,探测器中的噪声会造成光斑位置检测误差,这都会对望远镜的跟踪精度造成影响。对于复合轴结构的ATP系统,粗跟踪过程中,伺服转台高低轴和方位轴的位置和速度等物理量是通过光电编码器测量并反馈给粗跟踪控制系统的,如果光电编码器的测量精度不够,则会对望远镜系统的随动跟踪精度和速度平稳性造成影响;精跟踪过程中,探测器中的噪声会导致光斑质心位置的计算产生误差,导致反馈给精跟踪执行机构的信息有误,降低跟踪精度。针对粗跟踪系统中伺服转台单元所使用的绝对式光电编码器进行了...

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 空间激光通信及ATP技术发展现状与趋势
        1.2.1 欧洲
        1.2.2 美国
        1.2.3 日本
        1.2.4 中国
    1.3 光轴偏差检测的国内外现状
    1.4 论文的主要研究内容及结构安排
        1.4.1 论文的主要内容
        1.4.2 论文的结构安排
第2章 空间激光通信中ATP系统概述与链路分析
    2.1 引言
    2.2 ATP系统概述
        2.2.1 ATP系统基本组成
        2.2.2 ATP系统工作原理
        2.2.3 ATP系统中的光轴偏差检测器件
    2.3 空间激光通信链路误差分析
        2.3.1 链路误差的产生原因
        2.3.2 链路误差描述指标
    2.4 通信体制与通信系统性能评价
        2.4.1 直接探测体制
        2.4.2 相干探测体制
        2.4.3 通信系统性能评价
        2.4.4 光轴偏差对通信系统的影响
    2.5 本章小结
第3章 光电编码器的工作原理及误差分析
    3.1 引言
    3.2 光电编码器的分类与比较
    3.3 光电编码器的工作原理
    3.4 光电编码器细分技术的误差分析
        3.4.1 细分误差的成因
        3.4.2 细分误差的影响
        3.4.3 细分误差的数学推导
        3.4.4 细分误差仿真分析
    3.5 光电编码器细分误差的补偿算法
    3.6 实验系统分析
    3.7 实验数据采集
    3.8 实验数据分析
    3.9 本章小结
第4章 基于QD的激光光斑位置探测技术
    4.1 引言
    4.2 QD的基本工作原理
        4.2.1 QD的基本外形
        4.2.2 QD的光生伏特效应
        4.2.3 QD的光斑质心计算公式
    4.3 基于QD的光斑位置探测系统
    4.4 QD位置探测评价指标
        4.4.1 QD的位置分辨力
        4.4.2 QD的位置探测误差
        4.4.3 QD的探测灵敏度
    4.5 QD位置探测精度的影响因素
    4.6 线性离散Kalman滤波系统滤波方法
        4.6.1 线性离散Kalman滤波原理
        4.6.2 Kalman滤波参数处理
    4.7 本章小结
第5章 四象限探测器的噪声抑制实验
    5.1 引言
    5.2 硬件平台搭建
        5.2.1 模拟放大和滤波电路
        5.2.2 后端处理电路
        5.2.3 光路搭建
    5.3 传统方法处理噪声
    5.4 调制-Kalman滤波方法处理噪声
    5.5 实验结果与分析
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 论文创新工作
    6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：4046062