光斑畸变对基于四象限探测器的信标系统性能影响
发布时间：2021-06-22 05:05
卫星激光通信是以激光光波作为载体,以大气作为介质的无线通信技术,信道容量大,保密性强,抗干扰能力强,具有良好的应用前景。瞄准、捕获、跟踪（PAT）技术是保障卫星激光通信系统通信链路可靠性的关键技术,使用不同的探测传感器会影响PAT系统的光斑定位性能。当使用波长为1550nm的信标光源时,与传统的探测器件相比,四象限探测器在实现高速响应的同时,有高分辨率,低噪声等显著优势,被越来越广泛地应用于光斑位置检测系统中。本文调研了国内外对应用于卫星激光通信系统中的四象限探测器的研究进展,国内外的研究大部分是围绕光斑位置检测算法展开,针对使用四象限探测器的信标系统,着重分析像差所引起的光斑畸变对该系统的性能影响。本课题研究了四象限探测器的工作原理,分析了不同因素对该系统定位性能的影响,并对不同种类和大小的像差引起的光斑畸变对四象限探测器的性能影响进行了分析,在此基础上,提出了引入操作数的计算光斑位置偏移量的新公式,对像差影响进行校正,并对校正的效果作仿真分析,仿真结果与像差影响分析的结论互相印证,并表明当计算操作数的迭代步长选取较小值时,校正率可普遍达到90%以上,在迭代步长选取合适值时,验证了本...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应用四象限APD的激光通信跟踪系统示意图[19]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文11正方向移动为例，对探测器在不同光斑尺寸下的输出情况分别进行分析，在移动过程中，探测器的输出变化情况如图2-3、图2-4、图2-5所示[36]。由图可知，光斑直径小于、等于、大于光敏面半径时，线性范围分别为3-4-5段、2-3-4段、3-4-5段。综上所述，当目标光斑的直径范围在(√2，2)内时，探测器能够以较好的性能进行工作，其中为死区宽度，为光敏面半径；光斑直径与光敏面半径恰好相等时，既可以充分地利用光斑能量，又能确保最大的线性范围[36,37]。图2-3光斑直径小于光敏面半径图2-4光斑直径等于光敏面半径123456712345672541312345
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文25g)x轴初级彗差h)y轴初级彗差i)彗差j)离焦k)球差图4-1不同初级像差导致的光斑畸变程度示意图为了能更直观地看到引入像差后的畸变光斑能量分布，使用软件进行仿真，使用的激光波长为1550nm，当不考虑像差影响时，探测器的光敏面上接收到高斯形式的光斑，如图4-2中的a)所示；利用泽尼克多项式对几种像差进行表述，则可以作出引入不同初级像差后的畸变光斑能量分布图，如图4-2中的b)-f)所示。a)无像差影响的高斯光斑
【参考文献】：
期刊论文
[1]APD探测系统的噪声特性及其影响因素研究[J]. 刘贺雄,周冰,高宇辰. 激光技术. 2018(06)
[2]第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术研究[J]. 周一青,潘振岗,翟国伟,田霖. 数据采集与处理. 2015(04)
[3]大视场四象限探测光学系统设计[J]. 薛珮瑶,吴耀,冯茜,李川. 中国光学. 2014(03)
[4]影响四象限探测器探测精度的因素[J]. 张雷,张国玉,刘云清. 中国激光. 2012(06)
[5]四象限探测器的特性测试[J]. 赵馨,佟首峰,姜会林. 光学精密工程. 2010(10)
[6]自由空间激光通信四象限探测器性能研究[J]. 韩成,白宝兴,杨华民,佟首峰,姜会林,范静涛. 中国激光. 2009(08)
[7]像差对激光制导目标方位探测精度的影响[J]. 魏文俭,秦石乔,李华,张宝东. 光学技术. 2007(S1)
[8]几种四象限探测器测角算法的分析研究[J]. 胡贤龙,周世椿. 激光与红外. 2007(06)
[9]A New Pre-alignment Approach Based on Four-Quadrant-Photo-Detector for IC Mask[J]. Yun Liu De Xu Min Tan The Key Laboratory of Complex Systems and Intelligence Science, Institute of Automation, CAS, Beijing 100080, PRC. International Journal of Automation & Computing. 2007(02)
[10]四象限探测系统信号光斑的优化设计[J]. 徐代升. 湖南理工学院学报(自然科学版). 2007(01)
博士论文
[1]星地下行相干激光通信系统接收性能研究[D]. 杨清波.哈尔滨工业大学 2012
[2]空间光通信信标光束精密控制的研究[D]. 章勇勤.武汉大学 2010
[3]波前畸变对星间激光通信链路性能的影响研究[D]. 杨玉强.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]星间激光链路中畸变光斑复原算法的研究[D]. 佟玲.哈尔滨工业大学 2018
[2]无线激光通信系统中光斑精确对准实验方案研究[D]. 李世艳.西安理工大学 2017
[3]基于QD激光通信光斑位置检测技术研究[D]. 张智.长春理工大学 2014
[4]基于四象限探测器的光纤定位技术研究[D]. 黄诗丰.南京理工大学 2013
[5]基于象探测器的光斑中心定位算法研究[D]. 陈梦苇.武汉理工大学 2012
[6]基于四象限探测器的高精度定位算法研究[D]. 孙晓林.大连海事大学 2012
[7]基于QD的红外激光光斑位置精密检测技术研究[D]. 陈琳.长春理工大学 2010
[8]大气散斑效应对APT跟踪精度影响分析[D]. 刘志东.长春理工大学 2010
[9]自由空间光通信系统研究[D]. 刘智.华中科技大学 2006
本文编号：3242180
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应用四象限APD的激光通信跟踪系统示意图[19]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文11正方向移动为例，对探测器在不同光斑尺寸下的输出情况分别进行分析，在移动过程中，探测器的输出变化情况如图2-3、图2-4、图2-5所示[36]。由图可知，光斑直径小于、等于、大于光敏面半径时，线性范围分别为3-4-5段、2-3-4段、3-4-5段。综上所述，当目标光斑的直径范围在(√2，2)内时，探测器能够以较好的性能进行工作，其中为死区宽度，为光敏面半径；光斑直径与光敏面半径恰好相等时，既可以充分地利用光斑能量，又能确保最大的线性范围[36,37]。图2-3光斑直径小于光敏面半径图2-4光斑直径等于光敏面半径123456712345672541312345
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文25g)x轴初级彗差h)y轴初级彗差i)彗差j)离焦k)球差图4-1不同初级像差导致的光斑畸变程度示意图为了能更直观地看到引入像差后的畸变光斑能量分布，使用软件进行仿真，使用的激光波长为1550nm，当不考虑像差影响时，探测器的光敏面上接收到高斯形式的光斑，如图4-2中的a)所示；利用泽尼克多项式对几种像差进行表述，则可以作出引入不同初级像差后的畸变光斑能量分布图，如图4-2中的b)-f)所示。a)无像差影响的高斯光斑
【参考文献】：
期刊论文
[1]APD探测系统的噪声特性及其影响因素研究[J]. 刘贺雄,周冰,高宇辰. 激光技术. 2018(06)
[2]第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术研究[J]. 周一青,潘振岗,翟国伟,田霖. 数据采集与处理. 2015(04)
[3]大视场四象限探测光学系统设计[J]. 薛珮瑶,吴耀,冯茜,李川. 中国光学. 2014(03)
[4]影响四象限探测器探测精度的因素[J]. 张雷,张国玉,刘云清. 中国激光. 2012(06)
[5]四象限探测器的特性测试[J]. 赵馨,佟首峰,姜会林. 光学精密工程. 2010(10)
[6]自由空间激光通信四象限探测器性能研究[J]. 韩成,白宝兴,杨华民,佟首峰,姜会林,范静涛. 中国激光. 2009(08)
[7]像差对激光制导目标方位探测精度的影响[J]. 魏文俭,秦石乔,李华,张宝东. 光学技术. 2007(S1)
[8]几种四象限探测器测角算法的分析研究[J]. 胡贤龙,周世椿. 激光与红外. 2007(06)
[9]A New Pre-alignment Approach Based on Four-Quadrant-Photo-Detector for IC Mask[J]. Yun Liu De Xu Min Tan The Key Laboratory of Complex Systems and Intelligence Science, Institute of Automation, CAS, Beijing 100080, PRC. International Journal of Automation & Computing. 2007(02)
[10]四象限探测系统信号光斑的优化设计[J]. 徐代升. 湖南理工学院学报(自然科学版). 2007(01)
博士论文
[1]星地下行相干激光通信系统接收性能研究[D]. 杨清波.哈尔滨工业大学 2012
[2]空间光通信信标光束精密控制的研究[D]. 章勇勤.武汉大学 2010
[3]波前畸变对星间激光通信链路性能的影响研究[D]. 杨玉强.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]星间激光链路中畸变光斑复原算法的研究[D]. 佟玲.哈尔滨工业大学 2018
[2]无线激光通信系统中光斑精确对准实验方案研究[D]. 李世艳.西安理工大学 2017
[3]基于QD激光通信光斑位置检测技术研究[D]. 张智.长春理工大学 2014
[4]基于四象限探测器的光纤定位技术研究[D]. 黄诗丰.南京理工大学 2013
[5]基于象探测器的光斑中心定位算法研究[D]. 陈梦苇.武汉理工大学 2012
[6]基于四象限探测器的高精度定位算法研究[D]. 孙晓林.大连海事大学 2012
[7]基于QD的红外激光光斑位置精密检测技术研究[D]. 陈琳.长春理工大学 2010
[8]大气散斑效应对APT跟踪精度影响分析[D]. 刘志东.长春理工大学 2010
[9]自由空间光通信系统研究[D]. 刘智.华中科技大学 2006
本文编号：3242180
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