具有稳像功能的无线激光通信ATP系统的研究

摘要

在无线激光通信中，必须建立一套捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统来防止由于链路失败而造成的信号损失。ATP系统是目前无线激光通信中最为关键和最难解决的一项技术，是通信进行的前提。 本文介绍了ATP系统的结构与工作原理。采用信标光和信号光分离的方法，根据系统要求选择合适的激光器。采用大阵列CCD作为粗跟踪探测器，APDQD作为精跟踪探测器，在相关实验的基础上分析了三种扫描捕获方案的优缺点。根据CCD采集到的信标光光斑的特点和系统实时性的要求，采用数字图像处理技术对光斑进行处理，得出较精确的光斑位置。为了解决在通信过程中由于受到外界突然干扰而导致的通信中断，设计具有稳像功能的器件，保证了信号光光轴的不变。

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第一章 绪论

§1.1自由空间光通信

§1.2自由空间光通信的特点

§1.3无线激光通信面临的主要问题

§1.4国内外发展状况

§1.4.1国外发展状况

§1.4.2国内发展状况

§1.5 ATP系统的重要性

§1.6研究的重要内容

第二章 无线激光通信系统

§2.1无线激光通信系统的结构

§2.2光学天线

§2.2.1光学天线的设计要求

§2.2.2卡塞格伦天线

§2.3信标光和信号光的分离设计

§2.4激光器

§2.4.2激光器功率的选择

§2.5 ATP控制系统

§2.5.1粗跟踪控制系统

§2.5.2精跟踪控制系统

§2.6通信模块

§2.7本章小结

第三章 ATP探测器与跟踪扫描方案

§3.1捕获瞄准方案

§3.2光束捕获方案

§3.2.1信标光捕获

§3.2.2扫描路径的分析

§3.2.3信标光捕获方式的选择

§3.3扫描精度参数分析

§3.4位置的探测与对准

§3.4.1四象限探测器(4QD)

§3.4.2位置敏感器件PSD

§3.4.3电荷耦合器件(CCD)

§3.5探测器的选择

§3.6粗跟踪探测器的参数

§3.7 CCD采集激光信号试验

§3.8信标光位置的提取

§3.8.1均值滤波

§3.8.2图像二值化

§3.8.3质心算法

§3.9本章小结

第四章 稳像功能的设计

§4.1机械陀螺仪

§4.2具有稳像功能的通信设计

§4.3二自由度机械式陀螺仪

§4.4二自由度机械式陀螺仪性能分析

§4.5别汉棱镜

§4.6稳像的结构设计

§4.7本章小结

总结及展望

致谢

参考文献