强天空背景光条件下空间激光通信系统的光斑检测技术研究

论文摘要

天空背景辐射是影响空间激光通信系统的主要背景噪声,其对大视场,长积分时间的捕获单元影响尤为严重,而快速准确的捕获是建立通信链路的前提。因此定量分析与天空背景辐射相关的各个参数,并采取适当的抑制措施,对空间激光通信系统具有重要意义。本文从天空背景辐射的特性入手,对与天空背景辐射相关的各个参数进行分析,同时结合空间激光通信系统的工作原理及性能特性,着重分析了天空背景辐射对捕获单元的影响。影响捕获单元性能的还有聚焦到光电探测器光敏面上的光斑特性,本文针对聚焦光斑半径特性进行分析,拟合出了当探测器局部饱和,光斑亮度失真的情况下,光斑半径的判断。针对以上内容设计并实施了光斑检测以及背景测试的实验系统,得出以下结论：根据捕获单元的性能指标,合理选择通信波长,采用小口径、长焦距、窄带宽的光学系统是抑制天空背景辐射影响的有效措施；有效抑制天空背景光的影响也并不能保证得到理想的信标光斑,大气散斑对聚焦光斑影响严重,甚至可以造成光斑破碎；同时受探测器探测范围限制,有可能产生光斑亮度失真,对过饱和光斑,其光斑半径可以采用高斯拟合的方法进行判断。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 激光通信特点及应用前景
• 1.2 空间激光通信系统组成
• 1.3 国内外发展状况
• 1.4 本文研究主要内容
• 第二章 天空背景光特性分析
• 2.1 背景光源数学建模
• 2.2 主要背景光源
• 2.2.1 恒星
• 2.2.2 行星及月亮
• 2.2.3 天空背景光
• 2.2.4 天空背景光产生机理
• 2.3 天空背景光特性分析
• 2.3.1 天空背景光与波长的关系
• 2.3.2 天空背景光与海拔高度关系
• 2.3.3 天空背景光与日升角,日距角关系
• 第三章 背景光对空间激光通信系统影响
• 3.1 影响接收背景光功率因素分析
• 3.1.1 接收机视场
• 3.1.2 接收口径
• 3.1.3 积分时间
• 3.2 空间激光通信系统工作原理
• 3.2.1 捕获单元
• 3.2.2 跟踪单元
• 3.2.3 通信单元
• 第四章 背景辐射对捕获单元影响
• 4.1 捕获单元主要性能参数
• 4.1.1 捕获/粗跟踪链路功率分析
• 4.1.2 捕获概率
• 4.2 捕获单元优化设计
• 4.2.1 光学口径
• 4.2.2 接收视场
• 4.2.3 带宽
• 4.2.4 积分时间
• 第五章 光斑特性分析
• 5.1 接收光功率分析
• 5.2 光斑能量分布
• 5.2.1 理想情况光斑能量分布
• 5.2.2 过饱和光斑能量分布
• 5.2.3 散斑影响
• 5.2.4 强度闪烁
• 第六章 天空背景光及光斑检测技术
• 6.1 天空背景光及光斑测试系统的组成
• 6.1.1 发射单元
• 6.1.2 接收单元
• 6.2 测试结果及分析
• 6.2.1 天空背景光测试结果分析
• 6.2.2 光斑检测结果分析
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况