發(fā)布時(shí)間：2017-04-08 09:18

  本文關(guān)鍵詞：提高光通信光纖耦合效率的控制方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：如今,光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速并因?yàn)槠涓邘�、低損耗等特點(diǎn)廣泛的應(yīng)用在民用和軍用領(lǐng)域�？臻g光通信因?yàn)榧鎮(zhèn)淞斯饫w通信以及微波通信的優(yōu)點(diǎn),成為一種新興的無(wú)線寬帶通信技術(shù),并受到了各國(guó)的廣泛關(guān)注。各發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)衛(wèi)星軌道之間、星-地、地-空、地-地以及大氣間等各種形式的自由空間光通信系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的研究。由于空間光通信系統(tǒng)接收端接收到的信號(hào)往往十分微弱,而光纖耦合的效率直接影響空間光通信的通信解碼成功率,因此提高光纖耦合效率成為空間光通信系統(tǒng)面臨的首要挑戰(zhàn)。影響光纖耦合效率的主要因素包括大氣衰減、大氣湍流和接收端的機(jī)械振動(dòng)等,大氣衰減會(huì)對(duì)光進(jìn)行吸收和散射,屬于無(wú)法補(bǔ)償?shù)膿p耗。大氣湍流和接收端的機(jī)械振動(dòng)帶來(lái)的影響在接收端表現(xiàn)形式是光斑隨機(jī)抖動(dòng)、光強(qiáng)減弱以及耦合初始位置改變等,這部分損耗可以通過(guò)一定方式進(jìn)行補(bǔ)償以提高光纖耦合效率。近年來(lái),隨機(jī)并行梯度下降算法(SPGD)因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)容易、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)在自適應(yīng)光學(xué)中廣泛應(yīng)用�？紤]到SPGD在解決隨機(jī)擾動(dòng)問(wèn)題方面的優(yōu)勢(shì),本文擬采用二維隨機(jī)并行梯度下降法并結(jié)合快速反射鏡(FSM)解決大氣湍流以及機(jī)械抖動(dòng)引起的光纖耦合效率降低的問(wèn)題。通過(guò)SPGD產(chǎn)生正負(fù)兩次二維隨機(jī)擾動(dòng)量并驅(qū)動(dòng)FSM;以光功率計(jì)模擬光纖接收端,將采集到的兩次光功率計(jì)接收到的能量并將兩者的差值作為SPGD的判斷因子,產(chǎn)生下一次擾動(dòng)進(jìn)而提高耦合的效率(能量)。在應(yīng)用SPGD算法提高光纖耦合的過(guò)程中,影響SPGD算法收斂效果的主要因素包括耦合的初始位置對(duì)準(zhǔn)精度以及SPGD算法的設(shè)定參數(shù)(擾動(dòng)增益和擾動(dòng)幅值)。實(shí)驗(yàn)表明,光纖的初始耦合位置的對(duì)準(zhǔn)精度直接影響算法的收斂效果,而SPGD設(shè)定參數(shù)將影響算法的收斂速度和收斂穩(wěn)定性。而隨著機(jī)器視覺(jué)在光電系統(tǒng)中的圖像采集和圖像分析處理方面的廣泛應(yīng)用及快速發(fā)展,且CCD探測(cè)器在參數(shù)測(cè)量方面具有其他探測(cè)器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),基于機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用對(duì)我們研究提高光纖耦合效率的方法有著重要的意義。本文采用機(jī)器視覺(jué)解決采用SPGD提高光纖耦合效率時(shí)初始位置對(duì)準(zhǔn)難的問(wèn)題,并在此基礎(chǔ)上再通過(guò)調(diào)整SPGD參數(shù)進(jìn)一步提高光纖耦合效率的綜合實(shí)驗(yàn)方案。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案,通過(guò)搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),進(jìn)而論證結(jié)合機(jī)器視覺(jué)方法和SPGD算法對(duì)有效提高光纖耦合效率(能量)的應(yīng)用成效。
【關(guān)鍵詞】：光纖耦合 機(jī)器視覺(jué) SPGD 快反鏡 空間光通信
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.11
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外光纖耦合控制方法研究現(xiàn)狀及進(jìn)展10-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)對(duì)光纖耦合控制方法研究11-14
• 1.2.2 國(guó)外對(duì)光纖耦合的研究14-15
• 1.3 課題研究的意義15
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 2 空間光通信-光纖耦合效率分析17-27
• 2.1 空間光通信-光纖耦合系統(tǒng)17-19
• 2.2 光纖耦合基本原理及耦合效率分析19-23
• 2.2.1 光纖耦合基本原理19-21
• 2.2.2 影響光纖耦合效率的因素21-23
• 2.3 光纖耦合對(duì)準(zhǔn)誤差分析23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 機(jī)器視覺(jué)在提高空間光-光纖耦合效率中的應(yīng)用27-37
• 3.1 引言27-29
• 3.1.1 影響CCD圖像脫靶量提取的因素27
• 3.1.2 機(jī)器視覺(jué)與CCD圖像優(yōu)化27-29
• 3.1.3 機(jī)器視覺(jué)軟件HALCON介紹29
• 3.2 基于HALCON的運(yùn)動(dòng)光斑捕獲29-32
• 3.2.1 基于HALCON的運(yùn)動(dòng)光斑捕獲29-32
• 3.2.2 控制器上層軟件設(shè)計(jì)32
• 3.3 基于CCD脫靶量的控制器設(shè)計(jì)32-36
• 3.3.1 利用CCD與光纖共軸保證光纖耦合效率32-33
• 3.3.2 CCD控制器回路特性辨識(shí)33-35
• 3.3.3 控制器設(shè)計(jì)35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 SPGD算法在提高光纖耦合效率中的應(yīng)用37-45
• 4.1 隨機(jī)并行梯度下降（SPGD）算法37-40
• 4.1.1 梯度下降算法37
• 4.1.2 SPGD算法基本原理37-38
• 4.1.3 SPGD算法收斂性分析38-39
• 4.1.4 SPGD算法優(yōu)化39-40
• 4.2 SPGD在光纖耦合中的應(yīng)用40-44
• 4.2.1 二維SPGD與光纖耦合能量的提高40-43
• 4.2.2 二維SPGD提高光纖耦合能量流程43-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析45-63
• 5.1 引言45-49
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的目的45
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹45-49
• 5.1.3 驗(yàn)證步驟49
• 5.2 SPGD提高光纖耦合能量實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析49-58
• 5.2.1 SPGD提高光纖耦合的能量49-50
• 5.2.2 初始位置對(duì)SPGD收斂性的影響50-55
• 5.2.3 擾動(dòng)幅值對(duì)SPGD算收斂穩(wěn)定性的影響55-56
• 5.2.4 擾動(dòng)增益對(duì)SPGD算收斂穩(wěn)定性的影響56-58
• 5.3 CCD尋找耦合能量極值點(diǎn)58-59
• 5.4 基于CCD和SPGD的轉(zhuǎn)接實(shí)驗(yàn)59-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 6 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 論文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)63-64
• 6.2 未來(lái)工作展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果68-69

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