發(fā)布時間：2020-06-21 22:41

【摘要】：無線激光通信技術有著通信速率高、保密性好、無需線纜等優(yōu)點,因此在星間通信、星地通信、海上通信等領域有著廣闊的應用前景。然而,在激光傳輸過程中,大氣湍流的影響容易造成激光束光斑中心位置發(fā)生偏移、光束到達角發(fā)生起伏、光束相位發(fā)生畸變等問題,影響了通信的距離和可靠性。快速傾斜鏡(FSM)系統(tǒng)能夠用來校正光束中心位置的偏移,穩(wěn)定光斑位置,提高通信的穩(wěn)定性和可靠性;但是在傾斜鏡閉環(huán)控制過程中,光斑位置傳感器(PSD)的測量噪聲會引起誤差放大,影響系統(tǒng)的閉環(huán)控制效果。針對該問題,本論文中設計并搭建了一套閉環(huán)傾斜鏡系統(tǒng),通過濾波器和控制器的優(yōu)化設計有效地提高了閉環(huán)系統(tǒng)對激光光斑的穩(wěn)定效果。論文首先介紹了傾斜鏡系統(tǒng)實驗平臺的工作原理和系統(tǒng)結構,并利用子空間辨識的方式獲得了傾斜鏡的動態(tài)模型;然后建立時間序列模型來描述湍流影響下光斑的隨機運動,并以此湍流模型為基礎設計了維納濾波器用以抑制測量噪聲;最后基于傾斜鏡動態(tài)模型設計了H2控制器,再把維納濾波器和H2控制器融合,設計了基于維納濾波器的H2控制器,并通過仿真和實驗比較了控制器的效果。濾波仿真結果顯示,維納濾波器能夠將傳感器的測量均方誤差(MSE)減少50%以上,融合了維納濾波的控制器減少了調節(jié)參數(shù),避免因為參數(shù)調節(jié)帶來的不確定性。閉環(huán)仿真結果表明,H2控制器能將光斑抖動的方差減小為原始的33%和45%,而基于維納濾波器的H2控制器能夠將方差減小為原始的22%和23%。在閉環(huán)實驗中,利用Tenengrad函數(shù)對光斑CCD圖像的清晰度進行評價,清晰度越高光斑越穩(wěn)定。H2控制器將清晰度從原圖的0.0043提高到了 0.0048,而改進后的H2控制器能夠提高到0.0058。本文將維納濾波器和H2控制器融合,降低了傳感器的測量噪聲,提高了控制器的抗噪聲能力,增強了閉環(huán)系統(tǒng)對光斑的穩(wěn)定效果,研究成果可用于星地、海面無線激光通信等領域。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U675.7
【圖文】：

浙江大學碩士學位論文邐緒論逡逑系統(tǒng)的性能［１１］。此外由于溫度梯度和壓強梯度的存在，不同密度的空氣發(fā)生混合，逡逑使得光束傳播路徑上各點折射率不斷變化，光束偏離原來的方向。因此在光束接逡逑收端光斑就會出現(xiàn)隨機抖動，或者稱之為光束漂移［１２］。這就給激光信號的捕捉和逡逑接收帶來了困難，致使通信誤碼率增加乃至中斷。而在近海處由于海陸溫差容易逡逑加快不均勻空氣的相對流動，大氣湍流的作用更加強烈［１３］。在海面船舶間無線激逡逑光通信過程中，由于船體受到風浪的沖擊作用或者是船體機械動力帶來的振動逡逑［１４１，會增加光斑抖動的復雜性。逡逑

［１４１，會增加光斑抖動的復雜性。逡逑圖１．１海面上的無線激光應用逡逑￣￣｜邋門邐Ｉ邋Ｅｌｃｃｔｒｉｃ／Ｏｐｔｉｃａｌ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｍｏｄｕｌｅ逡逑ＱＡＭ邋邐＾邋—邋－邐＊邐１邋｜逡逑二；邋ｓｗ？—逡逑１６ＱＡＭ／１６ＰＳＫ邋１邋＾邋＾邋Ｉ邐Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ邐邐］邐＾邐邋ｉ邋３哪＂＾７逡逑Ｍ＝ｎ邐邐：邋Ｃ－Ｔ逡逑邐邐Ａ！逡逑門門邐＾邐１邋個逡逑＾＾７邋ｒＱＡＭ邋邐－邐＼邐Ｏｐｌｉｃａｌ／Ｋｌｃｃｌｒｉｃ邋ｉ邋辦逡逑ｎ？？ｉｏｉ？邐邐邋Ｉ邐邐１邋丨邐ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｍｏｄｕｌｅｌ邋＼ｍ／逡逑－＾１－—逡逑ＳｌＳ——－邋－邐＾邐ｎ”１：逡逑ＢＥＲ邋１６ＱＡＭ／Ｉ６ＰＳＫ邋１邐＾邋１邋Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ邋Ｌ邋Ｐａｌｎ邐１逡逑Ｔｅｓｔ邋Ｓｅｔ邋ｓｅｑｕｅｎｃｅ邋ｄｅｃｏｄｅｒ邋Ｏｆ邋ＤＭ邋ｄｃｍｏｄｕｌａｌｉｏｎ逡逑圖１．２自由空間光通信原理【９）逡逑為了提高無線激光通信的效率和穩(wěn)定性，通常會在發(fā)射端和接收端分別安裝逡逑捕獲、跟蹤、對準（ＡＴＰ）系統(tǒng)。如果需要進一步提高光束的質量，則還需要安逡逑裝自適應光學（Ａ０）系統(tǒng)。如圖１．３所示為美國ＮＡＳＡ機構使用的無線激光通逡逑信接收系統(tǒng)。從圖中可以看到快速傾斜鏡是系統(tǒng)當中重要的組成部分。在圖左側逡逑的粗跟蹤系統(tǒng)中用于對準

【參考文獻】

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本文編號：2724756