空間激光通信是指信息以激光為載體,在空間進行數(shù)據(jù)傳輸,它結(jié)合了無線通信和光纖通信的優(yōu)點,具有通信速率高、頻帶寬、容量大、保密性好、抗電磁干擾、體積小、功率低、施工簡單等優(yōu)點,逐漸成為下一代高速無線通信的核心。除外太空的激光通信外,空間激光通信的傳輸信道都要經(jīng)過地表大氣層,大氣層進行空間激光通信面臨的主要問題是大氣湍流引起的激光能量衰減、光束到達角起伏、光斑質(zhì)心漂移和擴展等,這嚴重降低了空間激光通信系統(tǒng)性能。為了緩解大氣湍流引起的效應(yīng),本研究課題擬在空間激光通信系統(tǒng)中加入自適應(yīng)光學技術(shù),研究自適應(yīng)光學技術(shù)和空間激光通信系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)的控制問題。目前,國內(nèi)外還沒有關(guān)于空間激光通信自適應(yīng)光學系統(tǒng)控制問題的針對性研究。本論文定量分析了自適應(yīng)光學系統(tǒng)控制性能對空間激光通信性能的影響,為空間激光通信自適應(yīng)光學系統(tǒng)控制器設(shè)計提供理論依據(jù);研究了空間激光通信自適應(yīng)光學系統(tǒng)中傾斜鏡和變形鏡的控制方法,提出了高帶寬高穩(wěn)定性的自適應(yīng)光學系統(tǒng)控制方法,并通過室內(nèi)實驗和外場實驗驗證了本論文提出的理論公式和控制方法,為實現(xiàn)長距離、長時間、多場合、低誤碼率的空間激光通信奠定堅實的基礎(chǔ)。為了定量分析自適應(yīng)光學系統(tǒng)控制性... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 空間激光通信技術(shù)的研究意義
        1.1.2 自適應(yīng)光學在空間激光通信中的研究意義
        1.1.3 自適應(yīng)光學系統(tǒng)控制技術(shù)的研究意義
    1.2 自適應(yīng)光學在空間激光通信中的研究進展
        1.2.1 自適應(yīng)光學系統(tǒng)在空間激光通信中的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 空間激光通信自適應(yīng)光學控制方法的研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文的研究目的及主要研究內(nèi)容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 主要研究內(nèi)容
第2章 自適應(yīng)光學校正對空間激光通信性能影響的分析
    2.1 引言
    2.2 大氣湍流物理特性分析
        2.2.1 大氣湍流的組成分析
        2.2.2 大氣湍流的折射率起伏模型
    2.3 大氣湍流的描述方法
        2.3.1 大氣湍流的時間頻率
        2.3.2 大氣湍流的空間頻率
        2.3.3 波前的Zernike模式描述
    2.4 自適應(yīng)光學校正對空間激光通信誤碼率的影響分析
        2.4.1 大氣湍流對激光通信耦合效率的影響
        2.4.2 自適應(yīng)光學校正殘差和激光通信誤碼率的關(guān)系分析
        2.4.3 數(shù)值模擬
    2.5 小結(jié)
第3章 傾斜鏡的高精度模型辨識和雙閉環(huán)控制方法研究
    3.1 引言
    3.2 傾斜鏡控制系統(tǒng)的基本組成及原理
    3.3 傾斜鏡波前傾斜校正系統(tǒng)模型辨識方法研究
        3.3.1 傳遞函數(shù)分析
        3.3.2 子空間辨識方法
        3.3.3 基于頻率修正的子空間辨識方法
    3.4 傾斜鏡校正系統(tǒng)雙回路控制方法研究
        3.4.1 預閉環(huán)控制器設(shè)計
        3.4.2 外回路控制器設(shè)計
    3.5 小結(jié)
第4章 基于衰減因子的變形鏡控制器優(yōu)化設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 激光通信自適應(yīng)光學系統(tǒng)的組成及原理
        4.2.1 波前探測器
        4.2.2 波前校正器
        4.2.3 波前控制器
    4.3 變形鏡控制器的優(yōu)化設(shè)計
        4.3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        4.3.2 基于衰減因子的PI控制器設(shè)計
        4.3.3 控制器性能分析
        4.3.4 控制效果對比分析
    4.4 小結(jié)
第5章 空間激光通信自適應(yīng)光學校正實驗
    5.1 引言
    5.2 自適應(yīng)光學控制系統(tǒng)實驗平臺
        5.2.1 實驗平臺搭建
        5.2.2 哈特曼波前探測器設(shè)計
        5.2.3 傾斜鏡控制系統(tǒng)設(shè)計
        5.2.4 變形鏡控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.3 自適應(yīng)光學控制系統(tǒng)的標定和測試
        5.3.1 哈特曼探測器標定
        5.3.2 變形鏡響應(yīng)矩陣的測量
        5.3.3 傾斜鏡控制效果測試
        5.3.4 變形鏡控制帶寬測試
    5.4 激光通信自適應(yīng)光學校正的室內(nèi)驗證
        5.4.1 自適應(yīng)光學技術(shù)對激光通信性能提高的有效性驗證
        5.4.2 不同控制器校正性能的對比分析
        5.4.3 自適應(yīng)光學校正對激光通信性能影響的實驗驗證
    5.5 激光通信自適應(yīng)光學校正的外場實驗驗證
        5.5.1 外場實驗條件
        5.5.2 海平面水平鏈路大氣湍流測試
        5.5.3 自適應(yīng)光學校正對激光通信性能影響的測試
    5.6 小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3044817