本文關(guān)鍵詞：星間激光通信終端控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其性能分析

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【摘要】：衛(wèi)星激光通信相較于傳統(tǒng)微波通信,具有通信速率高、傳輸數(shù)據(jù)容量大、抗干擾能力強(qiáng)和安全性高等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為各國(guó)研究重點(diǎn)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)更加可靠的星間激光通信,需要完成三個(gè)步驟:快速地捕獲、準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)和穩(wěn)定地跟蹤。而其中關(guān)鍵點(diǎn)在于星間激光通信終端控制系統(tǒng)。因此,本文對(duì)星間激光通信終端控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),對(duì)所提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)-跟瞄誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析,并對(duì)其主要影響因素提出了抑制或消除算法:首先,對(duì)星間激光通信APT系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)概述,介紹其終端控制結(jié)構(gòu):粗瞄和精瞄復(fù)合軸式控制結(jié)構(gòu)。為了完成了整個(gè)星間激光通信終端控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),分別對(duì)粗瞄子系統(tǒng)和精瞄子系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),詳述其系統(tǒng)組成與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),提出了位置環(huán)和速度環(huán)雙閉環(huán)的粗瞄控制系統(tǒng)以及壓電陶瓷位移內(nèi)回路和光束外回路的雙回路精瞄控制系統(tǒng)。其次,對(duì)本文所設(shè)計(jì)的星間激光通信終端控制系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析,提出了其評(píng)價(jià)指標(biāo):跟瞄誤差。從接收端光束分布和通信誤碼率兩個(gè)方面進(jìn)行了分析,得到了跟瞄誤差對(duì)于系統(tǒng)性能的不利影響。并分析了其來(lái)源,得到了其中的主要影響因素:衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)和探測(cè)器噪聲。分別分析了其產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)和種類(lèi),以及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響。然后,針對(duì)所提出的跟瞄誤差源-衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)分析,介紹了主要的振動(dòng)抑制方案。提出了采用SILEX平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或Landsat衛(wèi)星實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等設(shè)計(jì)濾波器,對(duì)高斯白噪聲進(jìn)行濾波處理以得到衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)模擬信號(hào),并對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換,得到了模擬振動(dòng)功率譜,從而驗(yàn)證了算法的有效性。分析了前饋式振動(dòng)抑制算法。針對(duì)前饋式振動(dòng)抑制算法的局限性提出了基于改進(jìn)型LMS自適應(yīng)濾波振動(dòng)抑制算法,通過(guò)仿真分析,取得了很好的振動(dòng)抑制效果。最后,針對(duì)所提出的跟瞄誤差源-探測(cè)器噪聲進(jìn)行了詳細(xì)分析。根據(jù)對(duì)探測(cè)器噪聲特點(diǎn)與產(chǎn)生原因的分析,將其分為了兩類(lèi):一是混合小噪聲,二是背景光噪聲,并分別分析了其對(duì)光斑中心定位的影響。針對(duì)混合小噪聲,提出了基于中值-均值的混合濾波算法,濾除了絕大部分混合小噪聲;針對(duì)恒星背景光噪聲,提出了先采用最大類(lèi)間方差法進(jìn)行閾值分割,然后基于Two-pass連通區(qū)域標(biāo)記法分離有效光斑和恒星背景光噪聲,取得了很好的濾除效果。
【關(guān)鍵詞】：衛(wèi)星激光通信 終端控制系統(tǒng) 跟瞄誤差 衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng) 探測(cè)器噪聲
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.13
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)10-15
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 星間激光通信終端控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 APT系統(tǒng)16-17
• 2.2.1 APT系統(tǒng)概述16-17
• 2.2.2 APT系統(tǒng)終端結(jié)構(gòu)17
• 2.3 粗瞄子系統(tǒng)設(shè)計(jì)17-20
• 2.3.1 粗瞄子系統(tǒng)組成18-19
• 2.3.2 粗瞄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)19-20
• 2.4 精瞄子系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-24
• 2.4.1 精瞄子系統(tǒng)組成20-23
• 2.4.2 精瞄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 星間激光通信系統(tǒng)跟瞄誤差分析25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 跟瞄誤差對(duì)星間激光通信系統(tǒng)性能的影響25-29
• 3.2.1 跟瞄誤差對(duì)接收端光束分布的影響26-28
• 3.2.2 跟瞄誤差對(duì)通信誤碼率的影響28-29
• 3.3 星間激光通信系統(tǒng)跟瞄誤差源分析29-34
• 3.3.1 衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)30-31
• 3.3.2 探測(cè)器噪聲31-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第4章 衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)抑制算法研究35-58
• 4.1 引言35
• 4.2 衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)抑制方案35-36
• 4.3 衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)的實(shí)時(shí)模擬36-41
• 4.4 前饋式振動(dòng)抑制算法41-46
• 4.4.1 衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)對(duì)精瞄控制系統(tǒng)的影響41-43
• 4.4.2 前饋式振動(dòng)抑制算法分析43-46
• 4.5 基于改進(jìn)型LMS自適應(yīng)濾波振動(dòng)抑制算法46-57
• 4.5.1 基本LMS自適應(yīng)濾波算法46-50
• 4.5.2 變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波算法50-53
• 4.5.3 基于改進(jìn)型LMS自適應(yīng)濾波振動(dòng)抑制算法53-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第5章 基于CCD的光斑探測(cè)器降噪算法研究58-75
• 5.1 引言58
• 5.2 探測(cè)器噪聲對(duì)光斑中心定位的影響58-61
• 5.3 混合小噪聲的濾除61-69
• 5.3.1 傳統(tǒng)濾波算法介紹61-62
• 5.3.2 基于中值-均值的混合濾波算法的光斑降噪62-64
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析64-69
• 5.4 背景光噪聲的濾除69-73
• 5.4.1 基于最大類(lèi)間方差法對(duì)光斑圖像進(jìn)行二值化閾值分割70-71
• 5.4.2 基于Two-pass連通域標(biāo)記法對(duì)圖像進(jìn)行分離71-73
• 5.5 本章小結(jié)73-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果80-82
• 致謝82

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本文編號(hào)：578216