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《西安理工大学》 2020年
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无线激光通信捕获对准与调焦系统设计

张璞  
【摘要】: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链路距离的外场实验平台,并进行多次实验,验证了无信标光APT系统的可行性。实验结果表明,无信标光APT系统最终成功实现了 10.2km距离的光束捕获、对准与跟踪,跟瞄精度为27.12μrad;在无信标光APT系统的基础上,通过嵌入精跟瞄执行机构,最终完成了 100km光通信链路的建立。
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