基于QD激光视轴快速、精密检测技术研究

论文摘要

空间光通信以其传输数率高、通信容量大、可靠性强、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点得到人们青睐。在空间光通信系统中,APT是整个空间光通信通信的基础。激光视轴快速、精密检测技术作为APT系统的一关键技术,其重要性是不言而喻的。本设计实现了一种基于QD激光视轴快速、精密检测系统。该系统由信号预处理单元、数据采集及传输单元以及上位机监视单元组成。系统优化选取了QD前置放大电路、信号预处理电路、模数转换电路及其控制电路以及数字信号处理技术,并对影响激光视轴检测精度和检测速度的各因素进行比较详细的分析。实现了在视场为200μrad的条件下,视轴检测精度优于0.6μrad,视轴检测速度优于5kHz的技术指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 飞机与卫星间光通信系统APT单元简介
• §1.3 APT系统精跟踪常用探测器简介
• §1.4 研究目的及主要内容
• 第二章 精跟踪探测器选取
• §2.1 精跟踪工作原理
• §2.2 精跟踪探测器的选取
• 2.2.1 CCD探测器的优缺点
• 2.2.2 QD探测器的优缺点
• 2.2.3 PSD探测器的优缺点
• 第三章 四象限探测器的工作原理
• §3.1 四象限探测器的主要用途及种类
• §3.2 四象限探测器的具体工作原理
• §3.3 常用偏移量解算方法
• §3.4 四象限加减法理论推导
• 第四章 硬件系统设计
• §4.1 光学系统焦距选取
• §4.2 信号预处理电路的设计
• 4.2.1 前置放大电路模块的设计
• 4.2.1.1 常用前置放大电路模式介绍
• 4.2.1.2 本设计拟用前置放大电路模式介绍
• 4.2.1.3 前置放大器的选择
• 4.2.1.4 前置放大电路的设计
• 4.2.2 滤波电路模块的设计
• 4.2.3 次级放大电路的设计
• §4.3 数据采集及传输模块的设计
• 4.3.1 模数转换器的选择
• 4.3.2 模数转换器控制器的选择
• 4.3.3 数据采集及传输模块电路设计
• §4.4 硬件处理电路参数设计
• 4.4.1 信号预处理电路各级带宽的设定
• 4.4.2 信号预处理电路总放大倍数的设定
• 01的确定'>4.4.3 探测器反偏工作状态下下拉电阻R₀₁的确定
• 4.4.4 信号预处理电路级放大倍数及各电阻阻值的确定
• 4.4.5 滤波电路模块各元件参数的设计
• 4.4.6 次级放大电路模块各元件参数设计
• 第五章 系统软件设计
• §5.1 数据采集及传输单元软件设计
• §5.2 数字信号处理模块软件设计
• 5.2.1 数字滤波器的设计
• 5.2.1.1 数据采集过程中采样频率的分析
• 5.2.1.2 通道间不均衡性测试
• 5.2.1.3 通道功率谱特性分析
• 5.2.1.4 数字滤波器的设计
• 5.2.2 数字信号处理模块软件设计
• 第六章 QD激光视轴检测影响因素研究
• §6.1 激光视轴检测精度影响因素研究
• 6.1.1 背景光对光斑检测精度的影响
• 6.1.2 光斑形状对光斑检测精度的影响
• 6.1.3 光斑大小及能量分布对光斑检测精度的影响
• 6.1.3.1 在均匀分布情况下光斑半径的影响
• 6.1.3.2 在高斯分布情况下光斑半径的影响
• 6.1.4 四象限探测器形状及死区对光斑检测精度的影响
• 6.1.5 检测单元噪声和通道间不平衡性对光斑检测精度的影响
• §6.2 激光视轴检测速度影响因素研究
• 6.2.1 QD信号预处理单元对检测速度的影响
• 6.2.2 QD数据采集及数字信号处理单元对检测速度的影响
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献