无线激光通信捕获对准与调焦系统设计
发布时间：2021-12-08 20:33
无线激光通信（Wireless Laser Communication,WLC）是一种利用激光束作为载体,在自由空间中实现信息传输的无线通信技术。其中,捕获、对准与跟踪（Acquisition Pointing and Tracking,APT）系统是开展无线激光通信的前提,同时也是维持通信稳定的保障。本文以相干光通信为背景,对APT系统展开了深入的研究,主要的工作内容如下:1.开展了无信标光捕获系统的研究,分析了不同捕获模式和扫描方式的适用条件;在光链路建立过程中辅助利用射频通信模块进行两个光通信终端之间控制指令的收发,并针对该模块带来的通信延迟,设计了基于特征点计算扫描反向补偿路径的方法;在理论上分析了捕获系统的性能指标,主要包括捕获不确定区域、捕获概率以及平均捕获时间。2.针对远距离无线激光通信对跟瞄精度的要求,在无信标光APT系统的基础上嵌入了高精度的执行机构,实现高精度跟瞄;结合系统控制方式,在粗对准过程中使用增量式PID算法对执行机构的指向误差进行抑制;设计了调焦系统,在捕获、对准过程中辅助以步进电机进行自动调焦控制,改变光斑尺寸。3.搭建了 10.2km、100km链路距...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文主要内容框架
无线激光通信APT系统概述92无线激光通信APT系统概述本章对无线激光通信系统进行了整体介绍，并对其工作原理进行了阐述。然后对APT系统工作流程进行了说明，并结合本文设计的APT系统结构，对系统的组成及各模块功能加以说明。2.1无线激光通信系统构成无线光通信终端是由激光器、光放大器、光学收发天线、探测器、调制\解调器、编码\解码器和APT子系统等组成，图2-1为典型的无线激光通信系统框图。图2-1无线激光通信系统框图Fig.2-1Blockdiagramofwirelesslasercommunicationsystem如图2-1所示，无线激光通信可以看成是由发射端、接收端、APT子系统以及信道四部分组成。其中，发射端包括编码器、调制器、激光器、光放大器、和发射天线。接收端包括接收天线、探测器、解调器以及解码器。信道可分为大气信道、室内信道、紫外光散射信道、水下信道等[1]。无线激光通信的大致过程为，发射端将信源中需要传输的视频、语音等信号通过编码器进行编码，再通过调制器对其进行调制，并将已调信号加载到由激光器输出的光载波上。随后将已调制光束经过光放大器进行功率放大，经由发射天线对光束进行准直，以极小的发散角发送到信道中。APT子系统则是负责光通信链路的建立与维持。当光通信链路成功建立之后，接收端通过接收天线对空间光进行耦合，利用探测器将光信号转换为电信号，并通过解调器恢复出基带信号，最终由解码器得到原始基带信号。2.2收发子系统收发子系统是实现无线激光通信的功能主体，主要包含发射机与接收机两部分。2.2.1编码/解码器激光在信道中传输时会不可避免的受到噪声的干扰，在一定程度上会降低通信系统的可靠性。所以就需要通过信道编码来减小通信误码率。信道的编码也称为纠错码，是利用信号的冗余度完成纠错功能，在传输的数
西安理工大学硕士学位论文12中，接收端探测器实时检测光斑位置，一旦光斑漂移出设定阈值，则对位置偏差进行修正。如果外界因素影响较大，探测器内失去目标光束，则需要从捕获阶段重新执行。图2-2APT系统工作流程图Fig.2-2APTsystemworkflow2.3.2APT系统构成本文设计的APT系统如图2-3所示，系统主要由光束跟瞄执行机构、光束探测器与射频辅助通信单元组成。图2-3APT系统结构框图Fig.2-3StructurediagramofAPTsystem(1)粗对准执行机构APT系统中的粗执行机构通常采用自由度较高的二维转台。二维转台中通常采用的
【参考文献】：
期刊论文
[1]真北定向测量方法及其对比分析[J]. 门茂林,王智,薛慧艳,李勇,张洪德. 城市勘测. 2018(05)
[2]空间零差相干光通信的锁相技术[J]. 刘旭东,李晶,郭肃丽,杨旭. 无线电工程. 2018(08)
[3]基于飞艇平台激光通信系统的捕获性能研究[J]. 滕云杰,宋延嵩,佟首峰,张敏. 光学学报. 2018(06)
[4]“墨子号”量子卫星圆满实现全部既定科学目标[J]. 王晋岚. 科学. 2017(05)
[5]部分相干光束在大气湍流中传输的散斑特性[J]. 王姣,柯熙政. 红外与激光工程. 2017(07)
[6]一种新型低噪声并联C+L波段掺铒光纤放大器[J]. 张航东,詹黎. 电信科学. 2017(07)
[7]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[8]大功率半导体激光合束进展[J]. 王立军,彭航宇,张俊. 中国光学. 2015(04)
[9]空间光通信发展历程及趋势[J]. 白帅,王建宇,张亮,杨明冬. 激光与光电子学进展. 2015(07)
[10]空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析[J]. 姜会林,安岩,张雅琳,江伦,赵义武,董科研,张鹏,王超,战俊彤. 飞行器测控学报. 2015(03)
博士论文
[1]无线光通信中外差探测性能影响因素及实验研究[D]. 谭振坤.西安理工大学 2019
[2]大气激光通信数字相干探测关键技术研究[D]. 李学良.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]星间光通信ATP中捕获，跟踪技术研究[D]. 罗彤.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]相干光通信系统中偏振控制实验研究[D]. 马兵斌.西安理工大学 2019
[2]无线激光通信初始捕获系统设计与实现[D]. 赵奇.西安理工大学 2016
[3]无线激光通信APT系统设计与实验研究[D]. 杨沛松.西安理工大学 2016
本文编号：3529197
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文主要内容框架
无线激光通信APT系统概述92无线激光通信APT系统概述本章对无线激光通信系统进行了整体介绍，并对其工作原理进行了阐述。然后对APT系统工作流程进行了说明，并结合本文设计的APT系统结构，对系统的组成及各模块功能加以说明。2.1无线激光通信系统构成无线光通信终端是由激光器、光放大器、光学收发天线、探测器、调制\解调器、编码\解码器和APT子系统等组成，图2-1为典型的无线激光通信系统框图。图2-1无线激光通信系统框图Fig.2-1Blockdiagramofwirelesslasercommunicationsystem如图2-1所示，无线激光通信可以看成是由发射端、接收端、APT子系统以及信道四部分组成。其中，发射端包括编码器、调制器、激光器、光放大器、和发射天线。接收端包括接收天线、探测器、解调器以及解码器。信道可分为大气信道、室内信道、紫外光散射信道、水下信道等[1]。无线激光通信的大致过程为，发射端将信源中需要传输的视频、语音等信号通过编码器进行编码，再通过调制器对其进行调制，并将已调信号加载到由激光器输出的光载波上。随后将已调制光束经过光放大器进行功率放大，经由发射天线对光束进行准直，以极小的发散角发送到信道中。APT子系统则是负责光通信链路的建立与维持。当光通信链路成功建立之后，接收端通过接收天线对空间光进行耦合，利用探测器将光信号转换为电信号，并通过解调器恢复出基带信号，最终由解码器得到原始基带信号。2.2收发子系统收发子系统是实现无线激光通信的功能主体，主要包含发射机与接收机两部分。2.2.1编码/解码器激光在信道中传输时会不可避免的受到噪声的干扰，在一定程度上会降低通信系统的可靠性。所以就需要通过信道编码来减小通信误码率。信道的编码也称为纠错码，是利用信号的冗余度完成纠错功能，在传输的数
西安理工大学硕士学位论文12中，接收端探测器实时检测光斑位置，一旦光斑漂移出设定阈值，则对位置偏差进行修正。如果外界因素影响较大，探测器内失去目标光束，则需要从捕获阶段重新执行。图2-2APT系统工作流程图Fig.2-2APTsystemworkflow2.3.2APT系统构成本文设计的APT系统如图2-3所示，系统主要由光束跟瞄执行机构、光束探测器与射频辅助通信单元组成。图2-3APT系统结构框图Fig.2-3StructurediagramofAPTsystem(1)粗对准执行机构APT系统中的粗执行机构通常采用自由度较高的二维转台。二维转台中通常采用的
【参考文献】：
期刊论文
[1]真北定向测量方法及其对比分析[J]. 门茂林,王智,薛慧艳,李勇,张洪德. 城市勘测. 2018(05)
[2]空间零差相干光通信的锁相技术[J]. 刘旭东,李晶,郭肃丽,杨旭. 无线电工程. 2018(08)
[3]基于飞艇平台激光通信系统的捕获性能研究[J]. 滕云杰,宋延嵩,佟首峰,张敏. 光学学报. 2018(06)
[4]“墨子号”量子卫星圆满实现全部既定科学目标[J]. 王晋岚. 科学. 2017(05)
[5]部分相干光束在大气湍流中传输的散斑特性[J]. 王姣,柯熙政. 红外与激光工程. 2017(07)
[6]一种新型低噪声并联C+L波段掺铒光纤放大器[J]. 张航东,詹黎. 电信科学. 2017(07)
[7]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[8]大功率半导体激光合束进展[J]. 王立军,彭航宇,张俊. 中国光学. 2015(04)
[9]空间光通信发展历程及趋势[J]. 白帅,王建宇,张亮,杨明冬. 激光与光电子学进展. 2015(07)
[10]空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析[J]. 姜会林,安岩,张雅琳,江伦,赵义武,董科研,张鹏,王超,战俊彤. 飞行器测控学报. 2015(03)
博士论文
[1]无线光通信中外差探测性能影响因素及实验研究[D]. 谭振坤.西安理工大学 2019
[2]大气激光通信数字相干探测关键技术研究[D]. 李学良.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]星间光通信ATP中捕获，跟踪技术研究[D]. 罗彤.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]相干光通信系统中偏振控制实验研究[D]. 马兵斌.西安理工大学 2019
[2]无线激光通信初始捕获系统设计与实现[D]. 赵奇.西安理工大学 2016
[3]无线激光通信APT系统设计与实验研究[D]. 杨沛松.西安理工大学 2016
本文编号：3529197
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