基于无信标光apt系统捕获性能分析

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1、基于无信标光APT系统捕获性能分析摘要：针对自由空间激光通信系统中无信标光捕获模式下，信号光的发散角小、存在捕获困难的问题，提出一种在APT系统中采用精跟踪快速反射镜作为捕获执行机构进行捕获的方法。基于捕获过程中捕获时间的理论模型，对多场步进扫描和多场快速全场扫描进行理论分析、MonteCarlo仿真，通过仿真分析可知，在无信标捕获模式下选择多场快速全场扫描捕获性能最佳，并且验证了仿真结果与理论模型的一致性。中国8/vie　　关键词：自由空间激光通信；多场快速全场扫描；无信标光APT系统；捕获性能　　中图分类号：TN929.13?34文献标识码：A：10

2、04?373X（2017）07?0020?04　　AcquisitionperformanceanalysisbasedonbeaconlessAPTsystem　　LIUXingshuang　　（StateKeyLaboratoryofSpace?GroundIntegratedInformationTechnology，Beijing100086，China）　　Abstract：Sincethesignallighthastheproblemsofsmalldivergenceangleanddifficultacquisitionunderthe

3、beaconlesscapturemodeofthefreespaceoptical（FSO）munication，acapturemethodofusingtheprecision?trackingfastreflectorasthecaptureexecutingagencyinAPTsystemisproposed.Onthebasisofthetheoreticalmodelofthecapturetimeinthecaptureprocess，thetheoreticalanalysisandMonteCarlosimulationforthe

4、multi?fieldsteppingscanningandmulti?fieldfastfullscanninged.Theresultsofsimulationanalysisprovethatthemulti?fieldfastfullscanningselectedinthebeaconlessacquisitionmodehasthebestcaptureperformance，andtheconsistencyofthesimulationresultandtheoreticalanalysisresultunication；multi?fi

5、eldfastfullscanning；beaconlessAPTsystem；acquisitionperformance　　0引言　　在窄光束、远距离情况下，如何建立激光通信链路并且保证高可靠的通信，是自由空间激光通信中最关键的问题[1?2]。在激光通信中，为了解决以上问题，提出了捕获、对准及跟踪（APT）技术，其中捕获技术涉及链路的建立和恢复，在APT技术中特别重要。对于信标光捕获技术，其信标光发散角较大，从而扫描步长大，因此捕获机构通常采用粗扫描机构[3?4]。无信标光捕获系统中减少了激光器以及一些分光器件等光学器件，在体积、重量、功耗等方面信标

6、光捕获有很大的优势[5]，然而在无信标光捕获系统中，直接采用发散角较小的信号光进行捕获，扫描步长小，采用粗扫描机构（通常带宽较低）进行捕获会延长扫描时间。因此考虑采用带宽更高的精跟踪快速反射镜作为执行机构[6?7]来实现捕获扫描以减小捕获时间。在捕获中，捕获方式的选择尤为重要，本文通过捕获过程中捕获时间的理论模型对多场步进扫描、多场快速全场扫描展开分析，以仿真结果为依据，旨在为今后的无信标捕获技术提供一定的理论基础。　　1多场扫描捕获理论模型　　在初始对准阶段，卫星通信双方是通过星历表和卫星姿态信息进行双方初始对准的，然而由于定轨误差、位置计算误差、姿控

7、误差及系统装校等误差的存在，因此通信终端双方存在初始对准误差。一般情况下，方位轴和俯仰轴的角度偏差服从标准正态分布且独立，可表示为：　　[fθv，θh=fθvfθh=12πδvδhexp-12θ2vδ2v+θ2hδ2h]（1）　　式中：[θv]和[θh]分别为俯仰和方位轴的角度偏差；[δv]和[δh]为其标准差。　　1.1螺旋扫描　　捕获过程中，信号光对不确定区域进行扫描，其方式通常包括光栅扫描、螺旋扫描、螺旋光栅扫描，其中螺旋扫描和螺旋光栅扫描使用较为广泛，本文以螺旋扫描为基础进行捕获性能的研究。螺旋扫描的极坐标方程为：　　[ρ=d2πθ]（2）　　式

8、中[d]为扫描步长，与光束的发散角[θb]相关，通常取：　　[d=2θb]（3）