基于GPS的激光通信初始定位技术研究与实现

摘要

无线激光通信具有传输容量大、高传输速率、抗干扰强、保密好等特点。2008年5月德国成功完成了单链路5.65Gbps星间链路的搭载实验，更推动了国内外对无线激光通信关键技术研究的热潮，因此研究如何更好地利用无线激光进行通信具有十分重要的现实意义。
　　 无线激光通信系统的许多关键技术虽然得到不同程度的解决，但是很多地方仍需进一步完善，特别是远距离平台上承载的光通信终端的捕获、对准及跟踪是非常关键和较为困难的事情，它直接影响着光束的快速准直，影响激光通信的工作效率。美国STRV-2星载激光通信实验失败的直接原因就是因为没有实现对目标的成功捕获。
　　 本论文是在某项目的支持下，为加快信标光快速进入粗跟踪视场，加快光通信链路的建立，解决远距离承载平台上激光通信端机的位置未知以及彼此下一运动状态的未知，采用导航定位技术来引导激光通信初始定位进而减小捕获不确定区域，用网络来进行彼此信息的交换，以此来克服目前激光通信初始定位的不足。围绕着这一方案进行了相关的原理分析与理论推导，重点对捕获不确定区域、光束发散角、GPS导航定位精度对激光通信初始定位的精度进行了理论推导与分析，得到了采用GPS导航定位技术能大大减小捕获不确定区域、增大捕获概率，减小捕获时间、优化激光发射机功率的结论。
　　 基于采用GPS的激光通信初始定位的理论研究与分析，根据总体下达的指标对初始定位模块从硬件的角度进行工程设计实现，对制作的PCB板进行调试，并利用获得的数据对引导激光通信ATP系统建立激光通信链路，从而得到采用GPS导航定位技术能大大减小捕获不确定区域、增大捕获概率，减小捕获时间的结论，这与基于GPS的激光通信初始定位的理论分析相吻合，从而证实理论分析的正确性。
　　 论文所取得的理论分析与实验结果为进一步加速远距离平台上的无线激光通信光链路的建立提供了理论依据与实验数据，但为能解决激光通信光束捕获、跟踪的问题，加快激光通信光链路的建立，关于激光通信初始定位的研究还有待更进一步的深入。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源及背景

1.2无线激光通信系统国内外研究动态

1.3 GPS和GPRS在无线激光通信应用中的优势及可能面临的问题

1.4论文的研究内容

第二章无线激光通信及其关键技术

2.1无线激光通信系统组成

2.1.1激光发射/接收系统

2.1.2光学系统

2.1.3 ATP子系统

2.2无线激光通信关键技术

2.3无线激光通信系统的主要性能参数

2.4小结

第三章无线激光通信初始定位技术研究

3.1无线激光通信端机彼此捕获/对准过程分析

3.2无线激光通信初始定位技术分析

3.3基于GPS的无线激光通信初始定位基本原理

3.4.基于GPS的无线激光通信ATP系统初始角度值推导

3.5 GPS定位精度对无线激光通信初始定位的影响分析

3.6影响基于GPS的激光通信初始定位的误差分析

3.7小结

第四章基于GPS/GPRS的激光通信初始定位模块设计与实现

4.1设计要求

4.2初始定位模块设计流程

4.3初始定位模块硬件设计

4.4微处理器及其外围电路设计

4.5激光通信初始定位数据获取子模块硬件设计

4.5.1定位数据获取子模块设计原理

4.5.2定位数据获取子模块硬件实现

4.5.3定位数据获取子模块接口电路

4.5.4数据格式协议

4.6激光通信初始定位数据交换子模块硬件设计

4.6.1数据交换子模块芯片选型

4.6.2数据交换子模块硬件实现

4.6.3数据交换子模块的启动部分设计

4.6.4数据接口

4.6.5语音电路设计

4.6.6 SIM卡接口电路

4.7电源设计

4.8电路板设计

4.9小结

第五章激光通信初始定位模块板上调试与实验

5.1初始定位模块调试基本原则

5.2电源调试

5.3微处理器及其外围电路调试

5.4数据接口调试

5.5定位数据获取子模块和数据交换子模块调试

5.6联机调试及实验

5.7小结

第六章全文总结与展望

6.1全文总结

6.2今后工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

附录