卫星激光通信四象限探测器精确定位算法研究

发布时间：2020-08-04 15:57

【摘要】：卫星激光通信是以光信号作为传输信息的载体,在自由空间或大气中直接传输信息的一种无线通信方式。基本上所有的卫星激光通信终端都采用对准、捕获、跟踪(PAT)技术完成对信标光斑的捕获与跟踪。PAT技术是保障卫星激光通信系统建立可靠激光通信链路的主要技术手段之一,而对入射光斑进行位置定位检测的单元是PAT系统中不可缺少的部分。对入射激光光斑位置进行检测定位时,选取最佳适用的光电位置探测器件显得尤为重要,其中由于四象限光电探测器与PSD和CCD相比,它具有检测灵敏度和空间分辨率高、光谱和动态范围宽、响应速度快等特点,使其越来越多的被应用于光斑位置检测系统中。卫星激光通信系统中,将信标光源从800nm波长改为1550nm波长,使用四象限探测器进行探测可以使信号光和信标光合二为一,从而实现了无信标(窄信标)捕获跟踪,使结构轻巧化,其中QD的定位精度直接决定了系统的捕获性能,并且消除了两者之间的夹角使系统的同轴性增强。本文调研了QD在国内外激光光斑位置检测系统中应用及发展,并详细介绍了QD光斑中心定位算法和QD探测定位精度影响因素的研究现状;针对现有算法的定位精度不高或者具有较高定位精度但采样速度较慢以及噪声沟道等对QD的定位精度影响较大的问题展开了研究。本课题主要研究了QD的工作原理、位置检测原理以及性能评价参数;重点研究了QD的定位精度影响因素,并详细介绍了采用QD获得光斑位置坐标信息的几种定位计算方法;为了提高采样速度和光斑位置检测定位精度以及补偿噪声、沟道等影响因素造成误差,深入研究了多项式拟合定位算法,在此基础上,提出了分段正交多项式拟合算法和三次样条插值与正交多项式拟合相结合的复合定位算法,并利用MATLAB软件对其进行数值仿真分析,仿真结果表明,在靠近探测器靶面中心处的新算法的最大位置检测误差为10~(-5)mm量级。并通过位移测试实验结果表明,与传统的直接定位算法相比新算法的最大检测误差降低了80.84%,验证了分段正交多项式拟合算法和三次样条插值拟合算法的合理性及可行性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN927.2;TN929.1
【图文】：

示意图,激光半主动制导,示意图,制导炸弹

图 1-1 激光半主动制导示意图[9]头可以利用双四象限探测器通过不同的方式对来自不同四象限探测器在对目标进行捕获时一直可以接收到目标目标，要求其跟踪视场角较大，通常在 п п 范围线性跟踪阶段时将被断开，此时激光导引头的追踪视受到外界干扰的可能性降低，系统的探测灵敏度提高。表 1-1 典型激光制导武器性能比较名称导弹类型探测器类型射程宝石路制导炸弹 QD - 铜斑蛇制导炸弹 QD 4~20km ZSU-23 防空导弹 QD 4km ZSU-23 小型火箭弹 QD 1~6km AGM-65E 空对地导弹 QD 0.6~43.4km

原理图,光镊,原理图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文术领域属于测量技术中的一种非接触性测量，它是利用高能量激传输的力学效应原理而形成稳定光学势阱来控制粒子的技术的原理图。光镊系统在早期的时候是利用 CCD 对粒子反测得到其位置信息，现在一般采用 QD 或 QD 与 CCD 结合位置进行检测，满足了在不同应用中对光镊系统的高检测[13]。

三维表面形貌,六自由度,同时测量

测器具有位置分辨率高和位置检测精度高等优点使其在精密测泛的运用[19,20]。等人将 PIN 型四象限探测器应用于激光干涉三维表面形貌测量涉测量的抗干扰能力，通过对 PIN-QD 的差分信号进行处理得其分辨率可达到 nm 量级[21]。钱建强等人在二维小角度精密测量硅光电探测器作为角度测量元件，能够实现动态非接触式的二态角范围在内，其测量的分辨率小于 [22]。光电技术研究所自主研制的探测器件选用四象限光电探测器的直光管，其全程精度优于5''，空间分辨率可达0 1''，测量'']，频响在 100Hz 左右，工作距离为 3m[23]。Feng QiBo 等人基位置检测器件的激光准直光路和干涉技术的思想，提出了一种位参数同时测量的系统，如图 1-3 所示。该系统可达到误差分角度分辨率可达到0 2''，位移分辨率约为3 10 4mm，直线位 10 5mm，线性测量范围在 1 10 3mm内时，俯仰角和偏摆测量角度在 100" 100" 范围内时，滚转角的测量精度小于0

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