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空间激光通信系统高精度光束伺服技术研究

作　者: 任斌
导　师: 佟首峰
学　校: 长春理工大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 空间激光通信 ATP分系统精跟踪单元 PZT驱动智能数字控制
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

当前人们对通信距离、速度、容量以及可靠性等通信质量的要求不断提高,通信技术随之也得到了迅猛发展,与射频通信相比,空间激光通信具有大容量、宽带宽、抗干扰、防截获能力强、安全可靠性高等显著性特点,有很大的发展潜力和空间,必将成为未来通信的重要手段之一。为保证空间激光通信的顺利进行,不仅要有性能良好的通信分系统,更要有保持通信链路长时间建立的ATP分系统。本文针对于ATP分系统中精跟踪单元的关键技术及精度要求,重点对宽谐振频率的光束伺服机构的选择,基于APEX的PA93的高速、高压、宽带PZT驱动器设计,基于DSP2811的智能数字控制单元设计以及系统跟踪精度四方面内容做了较深入的分析和研究。并依赖于室内ATP系统模拟平台对整个设计的性能进行了验证,得出该技术的应用能完全满足通信系统跟踪精度在3μrad之内的结论。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章引言  8-16
  1.1 空间激光通信概述  8-11
    1.1.1 空间激光通信特点  8-10
    1.1.2 空间激光通信的国内外发展现状  10-11
    1.1.3 空间激光通信的发展趋势  11
  1.2 空间激光通信系统的构成  11-14
    1.2.1 空间激光通信的通信分系统  12-13
    1.2.2 空间激光通信的ATP分系统  13-14
    1.2.3 空间激光通信ATP分系统精跟踪技术的发展现状  14
  1.3 本文的研究意义与内容  14-16
第二章复合轴ATP系统中精跟踪单元的特性分析  16-20
  2.1 ATP系统原理综述  16
  2.2 ATP系统中粗跟踪单元和精跟踪单元的比较  16-17
  2.3 复合轴ATP系统中粗精伺服单元间的优化设计  17-19
  2.4 复合轴ATP系统中精跟踪单元的作用和工作原理  19-20
第三章空间激光通信对激光光束精跟踪伺服单元的要求分析  20-27
  3.1 控制精度分析概述  20-24
    3.1.1 光斑脱靶量检测误差  20-21
    3.1.2 动态滞后误差  21-23
    3.1.3 平台振动残差  23
    3.1.4 视轴对准误差  23-24
    3.1.5 精跟踪总瞄准误差  24
  3.2 控制带宽  24-25
  3.3 带载能力  25-26
  3.4 伺服范围  26-27
第四章光束伺服单元PZT振镜平台的选取  27-33
  4.1 精跟踪单元振镜驱动器的比较  27-29
  4.2 PZT性能分析  29-30
  4.3 PZT振镜工作原理  30-33
    4.3.1 压电效应  30-31
    4.3.2 PZT振镜结构  31-33
第五章高电压、高精度PZT驱动单元设计  33-48
  5.1 精跟踪执行机构对驱动单元的约束分析  33-34
  5.2 驱动单元建模分析  34-43
    5.2.1 大容性负载驱动系统的设计  34-35
    5.2.2 驱动单元电路设计  35-43
  5.3 性能测试结果与分析  43-47
    5.3.1 静态性能测试  43-46
    5.3.2 动态性能测试  46-47
  5.4 电路系统原理图与实物图  47-48
第六章智能数字伺服控制单元设计  48-55
  6.1 光束伺服单元要求分析  48-49
  6.2 宽带动态跟踪环路控制设计  49-51
    6.2.1 精跟踪伺服单元的设计要求  49
    6.2.2 未补偿的振镜传递函数  49
    6.2.3 精跟踪单元动态设计  49-50
    6.2.4 精跟踪单元特性分析  50-51
  6.3 硬件设计和实现  51-53
  6.4 数据传输优化设计  53-54
  6.5 系统电路设计硬件实物图  54-55
第七章光束精密控制单元实验测试  55-57
  7.1 光束精密控制单元试验系统描述  55
  7.2 光束精密控制单元测试结果  55-57
第八章总结与展望  57-58
  8.1 总结  57
  8.2 展望  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-60

空间激光通信系统高精度光束伺服技术研究

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