大气激光通信精跟踪四象限探测器微动法高斯光斑模型硕士论文.doc

基于QD的精确定位技术研究【摘要】 大气激光通信(近地FSO)是指利用红外激光束为载体,以大气为媒质,直接进行数据、话音和视频等多种业务双向传送的通信方式。作为一种新型宽带无线通信技术,近地FSO既具有微波通信灵活机动的特点,又具有光纤通信容量大、隐蔽性好、可靠性高的优点,是目前中短距离宽带应用的新兴解决方案。对近地FSO而言,捕获、对准与跟踪(APT)技术是用于建立和确保通信链路可靠连接的关键,对近地FSO系统至关重要。在APT子系统的精跟踪单元中,现有的基于四象限探测器(QD)的定位方法在进行光斑中心位置的计算与跟踪时,使用了均匀光斑模型,并对误差信号与光斑位置之间的关系采取了线性近似,计算误差较大。针对上述问题,本文在研究了现有方法的基础上,提出了基于高斯光斑模型的QD微动法,用于准确、快速的探测光斑位置信息,并对所提方法进行了理论分析与数据仿真,结果表明所提方法能够准确计算光斑半径与位置。此外,在某些背景光干扰较大的情况下,本文分析与仿真了背景光对现有计算方法的影响,并提出了QD微动法的改善途径,用于克服背景光的干扰,数据仿真与对比表明,所提方法在准确性、实时性、鲁棒性以及抗背景光干扰方面,普遍优于现有的计算方法.更多还原【Abstract】 Near-terra Free Space Optics (near-terra FSO) is a kind of bidirectional broadband wireless communication technology that can directly transmit data, voice, and video et al. It uses the infrared laser as the carrier and the atmosphere as the media. Since near-terra FSO has the advantage of flexibility as RF communication, and the advantages of great capacity, good concealing and high reliability as fiber communication, as a new broadband wireless communications technology, it has become middle/s.更多还原 【关键词】 大气激光通信； 精跟踪； 四象限探测器； 微动法； 高斯光斑模型； 【Key words】 Near-terra Free Space Optics； Fine Tracking； Quadrant Detector； Jiggling Method； Gaussian Spot Model； 摘要 3-4 Abstract 4 第一章 绪论 7-17 1.1 大气激光通信概述及发展动态 7-13 1.1.1 大气激光通信概述 7-11 1.1.2 大气激光通信发展 11-12 1.1.3 大气激光通信关键技术 12-13 1.2 APT 概述及发展动态 13-16 1.2.1 APT 概述 13-14 1.2.2 APT 技术研究现状 14-16 1.3 本文所做工作及内容安排 16-17 第二章 大气激光通信及APT 系统描述 17-29 2.1 大气激光通信系统基本原理 17-18 2.2 通信子系统 18-23 2.2.1 编码/解码器 18 2.2.2 调制/解调器 18 2.2.3 自动功率控制 18-19 2.2.4 激光器 19-21 2.2.5 光学中继系统 21 2.2.6 光学收发天线 21-23 2.3 APT 系统 23-28 2.3.1 APT 的概念 23-24 2.3.2 APT 系统结构 24-25 2.3.3 APT 系统的工作步骤 25-27 2.3.4 APT 系统的关键技术 27-28 2.4 本章小结 28-29 第三章 基于QD 的高斯微动定位方法 29-55 3.1 APT 系统中的光电探测器 29-33 3.1.1 位置敏感探测器 29-30 3.1.2 电荷耦合器件 30-31 3.1.3 四象限探测器 31-32 3.1.4 三种位置探测器的比较 32-33 3.2 光斑的能量分布模型 33-35 3.2.1 均匀分布模型 33-34 3.2.2 高斯分布模型 34-35 3.3 四象限探测器常用计算方法 35-42 3.3.1 直接法 35-39 3.3.2 微动法 39-41 3.3.3 平移法 41-42 3.4 高斯光斑微动法 42-47 3.4.1 具体算法 42-43 3.4.2 误差分析 43-45 3.4.3 数值仿真 45-47 3.5 高斯微动法的修正 47-51 3.5.1 修正的高斯微动法 47-49 3.5.2 性能仿真与对比 49-51 3.6 复杂计算的简化 51-53 3.7 本章小节 53-55 第四章 克服背景光因素的高斯微动定位方法 55-73 4.1 四象限探测器精度的影响因素 55-57 4.1.1 内部环境因素 55-56 4.1.2 外部环境因素 56-57 4.2 背景光对现有算法的影响 57-62 4.2.1 背景光对直接法的影响 57-58 4.2.2 背景光对平移法的影响 58-60 4.2.3 背景光对高斯光斑微动法的影响 60-62 4.3 改善后的高斯光斑微动法 62-67 4.3.1 具体算法 62-64 4.3.2 误差分析 64-