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。     

空间移动平台信标光的地面模拟捕获与跟踪实验

采用TMS320LF2407A与TMS320DM642的双(DSP)新颖设计,运用卡尔曼预测模型实现了一种新型空间移动平台光通信的信标光扫描、跟踪控制系统.详细论述了系统的硬件、软件设计,给出不同实验条件下的信标光捕获时间,并分析了信标光捕获时间误差和减少捕获时间误差的方法.地面模拟空间移动平台信标光捕获实验表明,信标光捕获与跟踪精度高、扫描速度快,该实验系统具有很好的实用价值.     

基于ARM的空间光通信APT控制系统设计

设计一种基于ARM嵌入式处理器为核心的控制系统,该系统主要完成在空间无线光通信中信标光的扫描、捕获和跟踪控制,即APT控制系统.以光栅螺旋扫描算法实现信标光的扫描、捕获功能,用增量式PID控制算法实现信标光的跟踪控制功能.该设计具有高实时性、高集成度、低功耗等优点,可满足空间光通信中APT控制部分的要求.     

星间激光通信技术研究

提出了一套用于GEO-LEO的空间光通信系统设计方案,系统采用IW/DD调制解调方式。其发射端机光源采用波长为1550nm的量子阱DFB半导体激光器,输出激光经SOA放大后由光学天线发射出去。天线采用收发分开的卡塞格伦反射型,口径25cm。接收光信号经SOA放大后由光探测器PIN-FET组件检测。光探测器前设有峰值波长可调谐的窄带干涉滤光片。ATP中,信标光源采用波长为808nm的AlGaAs半导体激光器,捕获探测器为CCD阵列探测器,跟踪探测器由四象限红外探测器QD来实现。其中,捕获的扫描方式为矩形螺旋复合方式。粗跟踪陀螺仪采用光纤陀螺,通过软件实时改变粗跟踪的扫描方式。     

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.     

星间激光通信技术研究

提出了一套用于GEO-LEO的空间光通信系统设计方案，系统采用IM／DD调制解调方式。其发射端机光源采用波长为l550nm的量子阱DFB半导体激光器，输出激光经SOA放大后由光学天线发射出去。天线采用收发分开的卡塞格伦反射型，口径25cm。接收光信号经SOA放大后由光探测器PIN-FET组件检测。光探测器前设有峰值波长可调谐的窄带干涉滤光片。ATP中，信标光源采用波长为808nm的AlGaAs半导体激光器，捕获探测器为CCD阵列探测器，跟踪探测器由四象限红外探测器QD来实现。其中，捕获的扫描方式为矩形螺旋复合方式。粗跟踪陀螺仪采用光纤陀螺、通过软件实时改变粗跟踪的扫描方式。     

动态空间激光通信系统视轴初始指向建模及验证

捕获、对准、跟踪系统是空间激光通信重要组成部分,是通信正常进行的前提与保障。针对捕获系统中的初始指向内容进行了详细研究,给出初始系统指向系统模型,应用坐标转换矩阵补偿由于位置不同、姿态变化、安装基准轴差异、初始零位不一致等对初始指向方位角和俯仰角的影响。提出初始指向系统视轴标校方法,根据误差分析方法确定了指向精度及捕获不确定区域大小。在飞机-飞机动态演示实验中,应用双天线全球定位系统/捷联导航系统(GPS/INS)组合器件实时得到位置、姿态等参数,实现初始指向系统性能测试。借助观靶相机实际测量本系统捕获不确定区域大小为10mrad,与理论分析结果基本一致。     

无线光通信GPS辅助定点捕获实验研究

针对无线光通信对快速、精准的光束对准技术需求,为减小系统链路建立时间,增加捕获可靠性,提出将GPS技术应用于光通信实验系统中。以TMS320F2312为控制核心,可根据实时GPS坐标解算出需调整的方位及俯仰角,进而驱动二维转台完成初始捕获,据此进行了多次初始捕获实验。结果表明,采用GPS导航定位技术,可快速实现信标光的初始捕获,且具有较高的捕获成功概率。     

基于合作信标的卫星激光通信瞄准捕获仿真系统

针对星间激光通信基于合作激光信标的瞄准与捕获过程,在LabVIEW(虚拟仪器)平台上研制了一套瞄准与捕获仿真系统。该系统模拟卫星轨道姿态动力学,建立双星指向关系,仿真双自由度转台初始对准。根据不确定区域大小,驱动信标激光进行螺旋扫描,根据信标光束散角及探测器视场,确定仿真捕获点以完成捕获。加入含有高斯噪声的最大速度为1°/s,最大加速度为1°/s2的等效正弦扰动进行了动态捕获实验。最终实现了同步轨道卫星和近地轨道卫星间动态双星激光通信瞄准与捕获仿真,形成了基于虚拟仪器的激光通信全过程仿真模式,为跟踪系统仿真及无信标捕获的仿真奠定了基础。     

市内建筑间无线光通信GPS辅助单向捕获研究

为减小无线光通信链路建立时间及增加系统捕获可靠性,提出将GPS技术应用于光通信实验系统中。以TMS320F2812为控制核心,搭建了无线光通信定点单向捕获实验系统。系统采用用户界面统一控制,双方GPS坐标手工输入至用户界面,解算出需调整的方位及俯仰角后送于F2812,驱动二维转台完成初始捕获,据此选择多点进行了多次单向初始捕获实验。结果表明,采用GPS导航定位技术,可快速实现信标光的初始捕获,且具有较高的捕获成功概率。     

Research on the acquisition and tracking simulation system of light beacon in satellite-ground optical communications

The study on the acquisition and tracking simulation system in satellite-ground optical communications is presented here. By applying global positioning system (GPS) coordinate calculation, the time needed in initial acquisition of light beacon can be reduced largely. Smith predictor is applied to compensate the mechanical hysteresis of tracking system and to improve the dynamic performance of the system. Tracking experiments over a 16 km distance on the ground are conducted to verify the tracking of light beacon in satellite-ground optical communications. The standard deviation of horizontal coordinates is 35.3568 μrad and the maximum offset is 209.3675 μrad in stable tracking.     

基于信标和DVB信号的对星伺服控制系统

针对目前单一的信标信号对星方式,提出一种基于卫星信标信号和卫星DVB信号的对星伺服控制系统设计,它通过参照卫星信标信号和DVB信号强度,利用数字罗盘以及电位器等传感器来感知接收天线的姿态,以PIC单片机为运算核心进行天线指向角度,极化角度运算,驱动天线转动,使其高精度对准指定卫星发射波束,实现卫星通信。不仅给出了整个控制部分原理框图、工作原理,还给出了卫星粗对准算法、信号最大值定位算法。该双信号对星方式进一步提高了对星伺服控制系统的可靠性,拓展了适用卫星范围,经过实验验证,对星效果良好。     

圆口径测距天线时延测量方法

在测距系统中,天线时延初值的测量是很重要的。首先简述了信标塔法和无塔标校法测量圆口径天线时延的原理和方法。提出了利用矢量网络分析仪测量天线时延初值的一种简单方法。实践证明:该方法简单易行,在实际工程测量中,值得推广和应用。     

移动大气激光通信中接收视场角的研究与分析

在移动大气激光通信中，通常采用信号光和信标光来完成信号的捕获、跟踪、定位以及通信。畅通的通信链路以及稳定的接收信号对通信的建立是至关重要的。如何计算信号、信标光的接收视场角的大小，是决定链路能否畅通，接收信号能否稳定的重要因素。对移动大气激光通信中接收视场角的设计进行了研究和分析，并根据大气激光通信传输方程和黑体辐射理论提出了一种计算移动大气激光通信中信号信标光发射接收视场大小的方法，为实现激光通信系统提供了参数的定量计算方法。     

Satellite attitude determination based on GPS signal-to-noise ratio

A method is presented for coarse attitude determination using the Global Positioning System (GPS) signal-to-noise ratio (SNR) from a single antenna mounted on a near-Earth satellite. It comprises a calibration procedure and a single-point optimal solution for the orientation of the antenna boresight vector. The calibration step creates an empirical mapping of the SNR to the angle between the antenna boresight and the GPS line-of-sight vector, based upon a ground or flight data set. The rms attitude accuracy at the level of 3°-10° is demonstrated with actual flight data from several spacecraft. Performance is shown to depend strongly on the number of GPS signals available and the quality of the calibration mapping function. The method is suitable as a backup attitude sensor for low-cost satellite and terrestrial applications, and as a coarse reference for ambiguity resolution and integrity verification of phase-based GPS attitude-determination algorithms     

A Shipborne Antenna for Maritime Satellite Communications

From a cost effectiveness point of view, the shipborne antenna is usually considered the most critical component in a shipborne terminal for maritime satellite communications (MARSAT). For possible use in such a system, a high gain autotrack antenna has been developed. The antenna utilizes a combined electronical and mechanical beam steering realized with two planar phased arrays mounted on a mechanical axis. The antenna system is designed for unmanned operation, utilizing an automatic search-and-track mode. After acquisition of a beacon signal from the satellite, a monopulse track mode keeps the antenna pointing position locked, to the direction of incident beacon signal, irrespective of the motions of the ship. Attention has been paid to multipath effects that may occur, in particular reflections from the surface of the sea. This paper is concerned with the design background and the development of the antenna system.     

桅杆型红外搜索系统测角精度的误差分析

红外搜索系统安放在车载桅杆上升高使用,可以提高系统的探测距离。但由于车载桅杆的误差引入,系统的测角精度误差会增大。本文对桅杆型红外搜索系统的测角精度误差来源进行了分类和估算,提出了一种利用双天线差分GPS和姿态测量设备进行全系统测角精度评估的新方法。工程实践表明,该方法不仅可以快速完成测角精度标定,而且标定结果和理论计算结果基本一致。     

大方位失准角条件下的GPS/INS动基座初始对准

针对大失准角条件下初始对准难的问题,提出了一种新的大方位失准角下的GPS/INS组合导航初始对准方法。充分利用GPS提供的外部信息,以失准角的正余弦函数误差为状态变量,分析了GPS杆臂对初始对准的影响。并以上述工作为基础,提出了改进的滤波补偿算法。所提方法不仅可补偿大方位失准角,且可在方位角计算精度较低情况下直接进行导航解算,不需等待对准过程结束。在车载试验中,将该方法与传统小失准角前提下的对准方法进行了对比,并对对比结果作了分析。结果表明,在大失准角情况下,该方法可在100 s左右完成对准,失准角可收敛到1°内,导航位置误差可控制在2 m内。     

基于旋转象限的天线方向角智能预测方法研究与应用

为解决当前移动通信网络天线方向角获取效率低、准确率差的问题,本文提出了一种基于旋转现象的天线方向角智能预测方法.该方法通过旋转象限确定小区的主打方向,进一步对小区主打方向进行图像规范化处理,利用改进的LeNet算法对天线方向角进行回归预测.该方法的实验结果MAE为9.2°,预测偏差小于10°的占比为91.28％.实际应...