【摘 要】
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与微波通信相比,激光通信在通信速率、通信距离、系统体积、重量、功耗等方面都表现出极大的优势。空间激光通信系统中由于通信双方处于相对运动状态,因此需要快速、精确的瞄准、捕获与跟踪(PAT)系统以建立并维持信道的稳定。与近地激光通信相比,深空通信距离远、空间噪声强,对PAT的性能要求更为严格,因此需要对深空激光通信跟踪技术进行深入研究。本文围绕深空激光通信的精跟踪技术开展具体研究。首先,对深空激光通信
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与微波通信相比,激光通信在通信速率、通信距离、系统体积、重量、功耗等方面都表现出极大的优势。空间激光通信系统中由于通信双方处于相对运动状态,因此需要快速、精确的瞄准、捕获与跟踪(PAT)系统以建立并维持信道的稳定。与近地激光通信相比,深空通信距离远、空间噪声强,对PAT的性能要求更为严格,因此需要对深空激光通信跟踪技术进行深入研究。本文围绕深空激光通信的精跟踪技术开展具体研究。首先,对深空激光通信的功率预算进行了分析,讨论了PAT系统瞄准误差对通信性能的影响,提出了深空条件下对精跟踪子系统的要求,当发射波长为1550nm,发射天线口径40cm时,为使指向损耗小于2dB,要求精跟踪子系统的跟踪精度小于1.64μrad。其次,为了获得微弧度量级的光束跟踪精度,必须对光束偏转进行微弧度量级的精确测量。本文提出了一种紧凑的双光栅结构,通过合理配置,利用入射光在双光栅间的多次衍射实现对光束偏转角的放大。仿真与实验验证了双光栅结构的偏转角放大效果,当入射角与光栅法线夹角在-22.93mrad到3.85mrad间时,入射光在两光栅间衍射4次,实现10倍以上的偏转角放大,从而使角度测量的分辨率提高至少10倍。最后,为了获得更高的光束跟踪精度,我们将最小均方(LMS)算法应用于精跟踪子系统,并在实验室搭建的精跟踪模拟系统中对自适应跟踪算法进行了验证。通过对自适应跟踪算法的仿真与实验,验证了在精跟踪子系统中应用自适应滤波的可行性,可以实现微弧度量级的指向精度。
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