面向星载光通信应用的高精度瞄准技术研究

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空间光通信有高带宽等显著优点,在卫星通信领域具有很大应用潜力。然而,空间光通信所采用的激光发散角比微波小得多,更小的发散角需要通信终端进行高精度的瞄准。当光束瞄准存在偏差时,会造成接收端探测器所接收的光功率急剧减小,误码率严重劣化,影响光通信质量,因此对空间光通信系统的光束瞄准精度一般要达到微弧度量级。本文针对面向星载光通信的高精度瞄准技术进行研究,重点研究卫星平台振动带来的影响,以及如何对平台振动造成的光束角度偏差进行补偿。
  首先,根据Olympus卫星平台振动模型,采用谐波叠加法模拟生成时序序列,模拟卫星平台振动效果。将模拟生成的时序序列作为扰动信号,分别采用前馈最小均方(LMS)算法、前馈归一化最小均方(NLMS)算法和前馈递归最小二乘(RLS)算法进行补偿,仿真结果表明三种算法均有补偿效果,补偿后的均方根值分别为0.69μrad、0.27μrad及2.58μrad。前馈NLMS算法补偿效果最好,前馈RLS算法补偿效果最差。
  其次,对四象限探测器(four-quadrantdetector,简称QD)的光斑测量特性进行仿真研究,分析了光斑分布、QD工作模式对测量灵敏度及测量范围的影响。仿真结果表明,QD中心处的测量灵敏度最高。当光斑半径取值范围为d/2  最后,在实验室搭建卫星平台振动模拟系统,将模拟生成的平台振动时序序列作为扰动信号,并采用PID算法进行扰动信号补偿,扰动信号均方根值由14.67μrad降低至1.78μrad,峰峰值由93.51μrad降低至27.65μrad,由此可见,PID算法对扰动信号有较好的补偿效果。
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