基于阵列探测器的空间激光通信光斑位置检测技术研究

发布时间：2023-08-02 20:16

　　在过去的几十年中,得益于光电器件性能的巨大进步和无线通信设备市场需求的高速增长,空间激光通信技术得到了快速的发展,它被认为是实现超高速、大容量航天通信的重要解决方案之一。然而由于激光的发散角极小,通信距离又较远,还会受到诸如卫星平台的自身振动、大气湍流等因素的干扰,这都可能使光束偏离最佳的指向,甚至造成通信中断。因此,空间激光通信系统需要高精度的光斑位置检测技术以实现对光束的捕获,瞄准与跟踪。相比于电荷耦合器件(Charged Coupled Device,CCD)与位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD),阵列探测器在具有高分辨率与高帧率的同时还可以通过拓展单元规模以提供充足的探测视场,能够同时满足粗、精跟踪阶段的性能要求,是单探测器复合轴跟踪技术的理想选择。本文主要针对基于阵列探测器的空间激光通信光斑位置检测技术进行了深入研究,主要研究内容如下:1.对阵列探测器在空间激光通信中的应用进行了调研,对比了常用的几种光电位置探测器。在分析了阵列探测器原理结构的基础上,建立了光斑位置检测系统的简化模型并分析了其性能评价参数,重点讨论了可以使阵列探测器...

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 阵列探测器在空间激光通信技术中的应用
        1.2.1 空间激光通信及APT技术概述
        1.2.2 空间激光通信系统中常用的光电位置探测器
        1.2.3 阵列探测器在空间激光通信中的应用现状
    1.3 阵列探测器光斑位置检测算法研究现状
    1.4 论文主要研究内容和结构安排
第2章 基于阵列探测器的光斑位置检测系统
    2.1 引言
    2.2 阵列探测器的基本原理
        2.2.1 原理结构
        2.2.2 性能指标
        2.2.3 解算值定义规则
    2.3 基于阵列探测器的光斑位置检测系统
    2.4 空间激光通信光斑位置检测系统性能评价参数
        2.4.1 视场角
        2.4.2 测角误差
        2.4.3 角分辨率
        2.4.4 系统输出帧率
    2.5 本章小结
第3章 精跟踪阶段阵列探测器的光斑位置检测算法
    3.1 引言
    3.2 核心问题
    3.3 常用算法
        3.3.1 函数拟合法
        3.3.2 数据库查询法
        3.3.3 常用算法小结
    3.4 BP神经网络位置检测算法
        3.4.1 BP神经网络简介
        3.4.2 神经网络配置优化
        3.4.3 仿真验证
    3.5 L-G光斑位置检测算法
        3.5.1 L-G光斑的能量密度分布
        3.5.2 理论分析
        3.5.3 仿真验证
    3.6 本章小结
第4章 粗跟踪阶段阵列探测器的光斑位置检测方案
    4.1 引言
    4.2 改进型无穷积分法
    4.3 多单元阵列探测器光斑位置检测方案
        4.3.1 基本单元的电流值计算
        4.3.2 阈值计算
        4.3.3 解算策略
        4.3.4 方案流程
    4.4 仿真结果
    4.5 本章小结
第5章 测试系统的搭建及实验分析
    5.1 引言
    5.2 硬件平台搭建
        5.2.1 基于四单元阵列探测器的位移测试平台
        5.2.2 基于多单元阵列探测器的位移测试平台
    5.3 实验结果与分析
        5.3.1 BP神经网络位置检测算法
        5.3.2 多单元阵列探测器位置检测方案
        5.3.3 实验结论
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究内容总结
    6.2 论文创新点
    6.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3838466