激光通信APT系統(tǒng)的研究與設計.pdf

1、空間激光通信是一種極具發(fā)展前景的通信方式，它可以廣泛地應用于民用通信和軍用通信的各種場合。捕獲、瞄準和跟蹤(APT)系統(tǒng)是實現(xiàn)無線激光通信終端之間精準定位的關鍵系統(tǒng)，在無線激光鏈路的建立過程中起著至關重要的作用。本文主要研究對象是用于衛(wèi)星間激光通信的APT技術和系統(tǒng)。 在通信鏈路建立之前，APT系統(tǒng)首先執(zhí)行捕獲步驟。本文從衛(wèi)星軌道出發(fā)，建立了用于確定通信雙方衛(wèi)星相對位置的模型，并推導出衛(wèi)星方位角和俯仰角的計算式。這樣就極大地縮小

2、了捕獲過程的不確定區(qū)域，有利于實現(xiàn)快速捕獲過程。 本文提出了一種收發(fā)合一的光路設計，采用這種設計的系統(tǒng)共用一套光學天線進行光束接收和發(fā)送，減小了系統(tǒng)的體積和重量。同時該光路設計為跟瞄過程合一提供了實現(xiàn)途徑，APT系統(tǒng)完成跟蹤過程的同時也實現(xiàn)了光束瞄準。 在跟蹤系統(tǒng)的設計方面，本文采用了粗精雙跟蹤環(huán)結構設計。使用大視場電荷耦合器件(CCD)作為粗跟蹤探測器，四象限探測器(QD)則作為精跟蹤探測器，能夠發(fā)揮它們各自在視場和速

3、度方面的優(yōu)勢。在精跟蹤控制環(huán)路中使用非機械式的聲光偏轉(zhuǎn)器對光束實現(xiàn)快速、精確的角度控制，可以獲得很高的控制帶寬。 穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能通常是控制系統(tǒng)的一對矛盾性能指標，尋找協(xié)調(diào)穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能的折中方案是本文最終目標。本文從理論上對粗精跟蹤系統(tǒng)進行性能分析，得出增大精、粗跟蹤環(huán)帶寬比能夠提高控制系統(tǒng)誤差抑制能力，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的結論。最后，以微控制器(MCU)為核心器件設計并著手搭建實驗室條件下的APT演示系統(tǒng)，對APT演示系統(tǒng)測試