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)展迅速并因為其高帶寬、低損耗等特點廣泛的應(yīng)用在民用和軍用領(lǐng)域�？臻g光通信因為兼?zhèn)淞斯饫w通信以及微波通信的優(yōu)點,成為一種新興的無線寬帶通信技術(shù),并受到了各國的廣泛關(guān)注。各發(fā)達國家對衛(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械振動等,大氣衰減會對光進行吸收和散射,屬于無法補償?shù)膿p耗。大氣湍流和接收端的機械振動帶來的影響在接收端表現(xiàn)形式是光斑隨機抖動、光強減弱以及耦合初始位置改變等,這部分損耗可以通過一定方式進行補償以提高光纖耦合效率。近年來,隨機并行梯度下降算法(SPGD)因為其實現(xiàn)容易、收斂速度快等優(yōu)點在自適應(yīng)光學中廣泛應(yīng)用�？紤]到SPGD在解決隨機擾動問題方面的優(yōu)勢,本文擬采用二維隨機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械抖動引起的光纖耦合效率降低的問題。通過SPGD產(chǎn)生正負兩次二維隨機擾動量并驅(qū)動FSM;以光功率計模擬光纖接收端,將采集到的兩次光功率計接收到的能量并將兩者的差值作為SPGD的判斷因子,產(chǎn)生下一次擾動進而提高耦合的效率(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準精度以及SPGD算法的設(shè)定參數(shù)(擾動增益和擾動幅值)。實驗表明,光纖的初始耦合位置的對準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。而隨著機器視覺在光電系統(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探測器在參數(shù)測量方面具有其他探測器無法比擬的優(yōu)勢,基于機器視覺的應(yīng)用對我們研究提高光纖耦合效率的方法有著重要的意義。本文采用機器視覺解決采用SPGD提高光纖耦合效率時初始位置對準難的問題,并在此基礎(chǔ)上再通過調(diào)整SPGD參數(shù)進一步提高光纖耦合效率的綜合實驗方案。根據(jù)實驗方案,通過搭建相應(yīng)的實驗平臺進行實驗,進而論證結(jié)合機器視覺方法和SPGD算法對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 機器視覺 SPGD 快反鏡 空間光通信
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內(nèi)外光纖耦合控制方法研究現(xiàn)狀及進展10-15
• 1.2.1 國內(nèi)對光纖耦合控制方法研究11-14
• 1.2.2 國外對光纖耦合的研究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 光纖耦合對準誤差分析23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 機器視覺在提高空間光-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 機器視覺與CCD圖像優(yōu)化27-29
• 3.1.3 機器視覺軟件HALCON介紹29
• 3.2 基于HALCON的運動光斑捕獲29-32
• 3.2.1 基于HALCON的運動光斑捕獲29-32
• 3.2.2 控制器上層軟件設(shè)計32
• 3.3 基于CCD脫靶量的控制器設(shè)計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33-35
• 3.3.3 控制器設(shè)計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 實驗結(jié)果及分析45-63
• 5.1 引言45-49
• 5.1.1 實驗驗證的目的45
• 5.1.2 實驗系統(tǒng)介紹45-49
• 5.1.3 驗證步驟49
• 5.2 SPGD提高光纖耦合能量實驗及結(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SPGD收斂性的影響50-55
• 5.2.3 擾動幅值對SPGD算收斂穩(wěn)定性的影響55-56
• 5.2.4 擾動增益對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58-59
• 5.4 基于CCD和SPGD的轉(zhuǎn)接實驗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63-64
• 6.2 未來工作展望64-65
• 參考文獻65-68
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果68-69

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本文編號：292557