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题名	星间激光通信高精度跟踪中若干关键问题研究
作者	刘锡民
学位类别	博士
答辩日期	2006
授予单位	中国科学院上海光学精密机械研究所
导师	刘立人
关键词	星间激光通信 精跟踪 APT技术 超衍射发射 卫星轨道模拟器 超分辨
中文摘要	星间激光通信中，通信激光束非常窄。为了保证两通信终端能够进行稳定的高速率通信，必须使窄的激光束能够在两个相隔几万公里的终端之间准确对准并进行高精度跟踪。因此，星间激光通信中，高精度跟踪是最基本，也是必须的任务，本文就星间激光通信中，与获得高精度跟踪有关的若干关键问题进行了研究。 首先，星间激光通信中，实现高精度跟踪的系统为APT系统。因此，APT技术在星间激光通信中具有极为重要的作用。针对APT技术的重要性，本文对星间激光通信APT技术中的一些重要环节进行了研究，以获得和提高星间激光通信跟踪精度；再次，从光束发射方面考虑。在基本不损失接收光斑主瓣光能量的情况下，使发射光束发散度小于衍射极限发散度，即无主瓣能量损失的超衍射发射。可以使系统的探测精度提高，从而可以提高跟踪精度。另外，其还可以提高能量利用率，使系统更加紧凑化，使数据的传输更加安全。针对以上背景，本文研究了星间激光通信中，无主瓣能量损失的超衍射发射这一课题；最后，从光束接收方面考虑，利用超分辨技术，实现对接收光斑的压缩，提高探测精度，可以实现更高的跟踪精度。因此，本文还对与超分辨技术相关的一些内容进行了研究。针对以上研究课题，本文主要开展了如下几方面的工作： （1）对APT系统的带宽进行了设计。对实现APT技术的复合轴系统进行了基于Z变换的数字仿真以研究APT系统的带宽设计。给出了APT系统中粗跟踪系统的带宽设计；粗跟踪系统和精跟踪系统的配合关系；APT系统中精跟踪系统的带宽设计；以及中高频扰动作用下，APT系统的带宽设计。为星间激光通信中APT系统的设计提供了重要依据。 （2）对APT技术中最关键的精跟踪系统进行了研究。基于光学矢量反射定律，推导得到精跟踪系统最关键部件精密转镜的精确光学特性，精密转镜的精确光学特性为高精度跟踪研究提供了理论基础。设计了基于精密转镜精确光学特性的精跟踪控制系统，并对其进行了数字仿真。仿真结果表明，基于精密转镜精确光学特性的精跟踪控制系统对扰动具有较强的抑制作用，提高了系统跟踪精度。 （3）在APT系统高精度跟踪性能的地面检测和验证中，卫星轨道模拟器起着十分重要的作用，本文探讨了为卫星轨道模拟器设计高精度双重反馈数字控制系统。并分别仿真了在理想状态下，机械误差扰动下，力矩扰动下，以及机械误差和力矩扰动共同作用下卫星轨道模拟器的性能。结果显示双重反馈控制的卫星轨道模拟器，能够实现对实际卫星轨道的高精度模拟。 （4）提出了两种方案用于实现无主瓣能量损失的超衍射发射，一种基于模拟退火算法，根据设计的无主瓣能量损失的超衍射极限光束在远场接收面上的目标光强分布，得到获得该目标光强所用衍射位相元件的位相精细分布。将该设计的衍射位相元件加在发射端，便可以实现星间激光通信中无主瓣能量损失超衍射发射。另外一种方案基于Yang-Gu算法，设计发射端合适的衍射位相元件，使远场光斑实现无主瓣能量损失的压缩，从而获得无主瓣能量损失的超衍射发射。 （5）研究了相移对圆形滤波器超分辨性能的影响，研究了相移对其横向超分辨，轴向超分辨，三维超分辨和光学系统焦移量的影响。得到了一些常用滤波器没有的超分辨特性，实现了一些比常用滤波器更高的超分辨性能。 （6）提出了两种方案以获得高的三维超分辨能力，一种方案采用级联方式得到一高三维超分辨性能的滤波器，另外一种方案提出了一种高三维超分辨性能的滤波器。应用到三维成像系统中，可以较大提高三维成像系统的成像精度。
语种	中文
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15447]
专题	上海光学精密机械研究所_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	刘锡民. 星间激光通信高精度跟踪中若干关键问题研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2006.

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