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《国防科学技术大学》 2006年
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无线激光通信中ATP关键技术研究

温涛  
【摘要】: 捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统是实现无线激光通信终端之间精确对准的关键系统,对建立无线激光通信链路具有重要作用。ATP控制系统带宽和精度是决定其性能的两个重要参数。论文主要是围绕涉及该两个参数的关键技术展开研究。 论文对通信距离与信道特性、多次散射对光传输的影响、无线激光通信对ATP带宽的需求以及光束发散角和接收视场角等重要系统性能参数和指标进行了分析和研究,证明了在轻霾天气状态下,使系统中两终端发送的激光束波长各不相同,经过光束滤波,可以有效地消除后向散射干扰;在15km的通信距离范围内,大气中的多次散射对无线激光通信光传输的影响可以忽略。 声光偏转器的性能参数对ATP系统的精度和带宽有重要影响。论文研究了声光器件的性能及其模型,对声光偏转器的光束发散角和空间分辨点数进行了深入研究,针对声频变化和光束色散引起的光束发散角扩展和光斑变形分别给出了有效的抑制方法,提高了声光偏转器的空间分辨率。 论文对ATP中的捕获系统展开研究,提出了一种步进扫描捕获技术,该方法在相同的捕获精度和速度要求下,能够降低对位置敏感器件刷新率的要求,从而降低系统成本。研究了盲先验信息或先验信息很少情况下双端捕获概率和搜索、扫描速率以及接收视场角、光束发散角之间的关系,给出了捕获概率和捕获时间的计算算法,得到了捕获完成时间和光束偏转系统带宽之间的制约关系。 针对ATP中的跟踪、瞄准,论文提出了将大气激光通信中ATP跟踪系统分为粗跟踪环路、精跟踪环路、信号跟踪环路三轴复合系统来设计的思想,采用新型声光偏转器作为光束偏转器件,并根据声光偏转器的特性,提出了采用参考激光去跟踪信标光斑的光斑跟踪的瞄准算法,使发射激光束能够跟踪高频抖动的入射光束,提高了跟踪、瞄准系统带宽。 四象限探测器QD(Quadrant Devivce)是决定跟踪、瞄准定位精度的关键器件,论文分析了光斑大小、背景噪声、暗电流等因素对QD定位精度的影响,提出了使用径向基函数神经网络RBFNN(Radial Basis Function Neural Network)构建QD模型和补偿模型,采用高阶函数拟合QD位置输出模型的算法。通过定期学习,让系统自行修正补偿网络和QD位置输出模型,有效的提高了QD的定位精度和ATP系统的适应能力。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN929.1

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