基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

发布时间：2021-04-06 13:03

　　高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法（扩展卡尔曼滤波）与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2mm以下,稳定后接收效率超过98%. 

【文章来源】：光子学报. 2020,49(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

不同传输距离下归一化后的光强分布

因此接收机在光斑中心（即r=0）时，具有最大的接收功率．控制接收端跟踪到光斑的中心位置，如图2所示．在接收端，当光到达接收器时产生光电流，通过信号处理，最终得到的完整信号模型为

通过式（6）和（8），采用EKF算法估计系统状态，算法控制流程如图3所示．在EKF算法中，有三个协方差矩阵，即P、Q和R.P是条件误差协方差矩阵，Pk|k-1表示协方差矩阵的预测．Pk|k-1需要初始化为正定矩阵．最初的x2的估计值的初值设为0．定义初始估计值为最大强度值的2/3.Q是过程噪声协方差矩阵，为正定矩阵．除此之外，由于假设噪声项是不相关的，因此Q应该是对角矩阵．R是测量噪声协方差矩阵，由于测量的噪声被假定为白噪声，因此R矩阵也是对角矩阵．在初始化这些量之后，算法开始迭代，过程为：

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光光束在海水中的空间传输特性分析[J]. 贺锋涛,王敏,杨祎.  激光与红外. 2018(11)
[2]海水信道激光传输距离对接收功率的影响分析[J]. 王菲,阴亚芳,杨祎.  光通信研究. 2017(02)
[3]基于蒙特卡洛海洋水下激光通信信道特性分析[J]. 关云静,贺锋涛,杨祎,段作梁,朱云周,高卓.  光通信技术. 2016(12)
[4]基于可见光的水下激光传输信道的特性分析[J]. 王菲,杨祎,段作梁,朱云周,高卓.  光通信技术. 2016(03)
[5]空间激光通信终端ATP技术与系统研究[J]. 胡贞,姜会林,佟首峰,宋正勋.  兵工学报. 2011(06)

硕士论文
[1]水下激光通信光电跟踪控制系统研究[D]. 邓新禹.哈尔滨工业大学 2017
[2]无线激光通信ATP系统光斑检测技术研究与实现[D]. 徐尉.西安理工大学 2016
[3]星地光通信ATP对准特性仿真研究[D]. 梁延鹏.中国科学技术大学 2014
[4]自由空间光通信（FSO）中ATP关键技术研究[D]. 潘浩杰.南京邮电大学 2012



本文编号：3121483