强联合大气湍流下到达角起伏时间频率谱分析

考虑到折射率结构常数和传输距离对星地链路激光通信质量的影响,本文在修正Rytov 方法的基础上,根据星地链路的实际情况,建立了强联合大气湍流模型;并采用谱分析法,得出适用于强湍流区的到达角起伏时间频率谱表达式;最后,分析了对流层Kolmogorov湍流和平流层Non-Kolmogorov湍流对星地链路瞄准捕获跟踪的联合影响.结果表明:大气湍流对星地链路激光通信具有显著影响,且对流层的影响远小于平流层;适当增大接收孔径和频率,可以有效降低大气湍流对星地链路稳定性和可靠性的影响,从而提高星地链路的通信质量.     

基于GPS的星地激光通信捕获对准研究

提出了基于GPS坐标解算实现星地激光通信捕获、跟踪和对准(ATP)初始捕获的方法。星地激光通信信标光跟踪系统通过对地面GPS坐标和卫星坐标的解算,得到地面光学天线的方位角和俯仰角,光学天线根据角度旋转对准信标光,从而将信标光引入粗跟踪CCD的视场。给出了GPS坐标解算算法和信标光方向角度随卫星坐标变化的仿真曲线。用二维电机进行了地面转台的捕获实验,对实验数据进行了捕获精度的分析,结果表明,通过GPS坐标解算能够快速地实现信标光的初始捕获。     

无线光通信中的步进扫描捕获方式研究

在无线大气激光通信系统中,通信单元双方对对方信号光束的捕获、跟踪和瞄准是系统通信功能实现的前提.而怎样快速、可靠、稳定的捕获到对方的引导光信号,是能否实现无线光通信的关键.在双方彼此不知道对方确切位置的情况下,怎样快速捕捉到对方,进而建立通信链路就是无线大气激光通信首先要解决的问题.国内外普遍采用连续的扫描捕获方式建立通信链路,这样对位置传感器的刷新率有较高的要求,增加了系统成本.介绍了一种步进扫描捕获方式,在相同的捕获精度和速度要求下,降低了对位置敏感器件刷新率的要求,从而降低了系统成本.     

星地激光通信链路瞄准角度偏差修正及在轨验证

在我国首次星地激光通信链路地面捕获实验初期,由于激光通信终端地面光机装调和整星安装过程中存在的系统误差,在瞄准过程中存在8mrad的瞄准角度偏差,且平均捕获时间大于40s,严重影响星地光通信链路捕获性能。基于此,利用立方棱镜坐标系为桥梁,建立了基于坐标变换的卫星本体坐标系与终端基准坐标系的修正变换矩阵,通过地面坐标系测量,最终对光束瞄准角度偏差进行了有效补偿。海洋二号卫星在轨实测结果表明,星地激光通信链路的瞄准偏差由最初的8mrad减小为0.8mrad,捕获扫描范围显著缩小,链路平均捕获时间由最初的40s减小到小于5s,明显优于国外同类型终端在轨实验性能,对卫星激光通信链路捕获性能的提高具有重大意义。     

机载激光链路快速捕获方法研究

为了研究机载激光链路的快速捕获方法,分析了初始引导方法和信标光捕获过程,以相对速度和分行扫描为基础,建立了最大捕获时间模型。模型考虑了重叠因子、链路距离、束散角、相对速度和目标线夹角等参数影响,并通过数字仿真,得出了快速建立机载激光链路的具体方法,对于机载ATP系统的设计和实际链路建立操作方法具有积极的指导意义。     

高斯匹配模型在光轴对准中的新应用

为了降低大气湍流和背景光对信标光的干扰,减小湍流对光轴对准精度的影响,在分析高斯光束模型的基础上对光轴对准算法进行了研究.首先分析背景光模型,根据其图像模型动态滤除背景噪声,然后根据光束能量分布做横向与纵向的数学统计.采用贝叶斯判别方法对光斑区域进行判决,进而实现大视场范围内激光光轴的空间滤波,最后在遵循最小二乘原则的前提下进行高斯拟合,获得光斑图像拟合曲线,进而根据每一帧图像的动态曲线完成高斯质心的提取,进一步提高光轴检测精度.通过6.5 km的野外实验证实高斯拟合算法得到的光斑图像精度为18 μrad,比相同条件下的传统质心拟合精度高出约12 μrad.     

GPS/INS技术在静态激光通信初始捕获中的应用

为了实现水平远距离大气无线激光通信链路快速建立,并快速获得捕获不确定区域的大小,采用了GPS/INS组合导航系统来完成静态水平链路无线激光通信初始捕获的对准定位,同时对该系统的对准算法进行了研究并优化。首先,分析了GPS/INS工作原理,根据捕获过程,提出针对该过程的捕获模型,并且分析了该模型的可行性。接着,针对该模型提出相应的静态初始对准算法。然后,通过该算法进行了外场实验。最后,根据实验结果校正捕获模型与其算法,经实验获得了捕获不确定区域的大小为27 mrad。基本满足10 km水平链路大气无线激光通信初始捕获的基本要求,其特点为捕获速度较快,其捕获速度优于10 s,基本不受天气影响。     

空分复用弹性光网络多链路故障快速识别研究

随着空分复用弹性光网络规模的不断扩大,链路故障发生率持续增加,提出空分复用弹性光网络多链路故障快速识别方法。利用小波包分解方法将空分复用弹性光网络多链路信号分为高频和低频部分,使用Mallat算法快速重构链路信号,提取小波包能量谱特征和故障复合特征。根据特征提取结果采用改进贝叶斯算法对多链路故障进行定位,将定位结果输入到BP网络模式分类器中,完成多链路故障快速识别。实验结果表明,所提方法的故障定位时间最低仅为3.21 s,故障识别成功率在96%以上,故障误识率变化相对稳定,综合性能较为优越。     

空间光通信中GPS辅助快速捕获对准技术

基于GPS坐标解算空间光通信终端初始对准的方位角和俯仰角,实现了信标光的快速捕获对准.给出了GPS坐标解算算法,根据解算得到的角度和自身姿态信息计算二维转台的指向角,以此驱动转台快速指向目标.测试了不同调整角度的初始对准误差和时间.进行了外场捕获对准实验,并对实验数据进行了分析,结果表明该系统可以用于快速建立空间激光通信链路.     

基于OFDM星载交换的星地上行链路跨层设计算法

以基于OFDM的星载交换方案为研究背景,提出了此星载交换方案的星地上行链路跨层设计工作流程和相关算法.此算法以使点波束星地上行链路的传输容量最大化为目标,根据各个地面设备的星地上行链路信号发射功率上限、当前星地上行链路信道状态、每个星地上行链路传输业务的业务类型、业务传输速率要求等参数,在各个星地上行链路传输业务之间自适应分配子载波并自适应配置每个子载波的调制制式,生成每个传输业务与子载波的对应关系,充分利用链路资源并尽可能满足传输业务的QoS要求.