基于四象限探测器的跟踪与通信复用技术研究

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1、学号：S13020188硕士学位论文基于四象限探测器的跟踪与通信复用技术研究研究生姓名：谷野学科、专业：仪器科学与技术二○一六年三月分类号：TN929密级：可公开UDC：编号：基于四象限探测器的跟踪与通信复用技术研究RESEARCHONTHEMULTIPLEXINGTECHNOLOGYOFTRACKINGANDCOMMUNICATIONBASEDONTHEFOURQUADRANTDETECTOR学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：仪器科学与技术（080400）研究方向：仪器总体技

2、术申请学位级别：硕士指导教师：佟首峰教授研究生：谷野论文起止时间：2014.10—2015.11长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《基于四象限探测器的跟踪与通信复用技术研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位

3、论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和CNKI系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日导师签名：年月日摘要空间激光通信技术已经成为解决射频通信速率瓶颈最有效的手段之一。随着小卫星技术的发展，激光通信端机轻小型

4、化已成为发展趋势。本文介绍一种空间激光通信技术中基于四象限探测器的跟踪与通信复用技术，实现单探测器完成多个任务的功能，有效降低了系统的重量和体积，并且提高了光能量利用率，对光端机轻小型化具有重要意义。本文首先介绍了目前激光通信技术发展，着重介绍了轻小型光端机的发展现状，以及传统激光通信系统中跟踪系统与通信系统的组成原理。其次对四象限探测器用于跟踪探测器时的基本原理进行了分析，并阐述了光斑尺寸、光斑模式、背景光以及死区特性对质心检测的影响，还分析了四象限探测的性能参数和噪声组成，以及跟踪与通信复用技术对探测器的

5、约束条件。提出了基于四象限探测器的跟踪与通信复用技术具体方案和设计指标，设计并实现了跟踪与通信复用技术中的电学硬件单元功能。本文最后对设计的硬件系统进行了测试，在曼切斯特编码条件下，通信速率-7可以达到10Mbps，探测极限灵敏度为-33dBm，误码率为10。对于光斑质心检测的最小位置分辨率为1.5um，角分辨率为0.7rad，对随机振动跟踪误差精度最大为2.5rad（峰峰值）。满足空间激光通信系统对跟踪精度和通信速率的要求。初步验证了利用四象限探测器作为跟踪与通信复用探测器的可行性，为激光通信系统轻小型

6、化打下基础。关键词：四象限探测器跟踪与通信复用极限灵敏度位置分辨率IABSTRACTSpacelasercommunicationstechnologyhasbecomeoneofthemosteffectivemethodstosolvethebottleneckoftheradiofrequencycommunication.Withthedevelopmentofsmallsatellitetechnology,theminiaturizationrequirementsforthelasercommu

7、nicationterminalhavebeenimminently.Thispaperintroducesaspacelasercommunicationmultiplexingtechnologybasedonfourquadrantdetectorfortrackingandcommunications.Weusesingledetectortocompletethefunctionofmultipletaskswhichcouldeffectivelyreducingtheweightandcapac

8、ityofthesystemandimprovethelightenergyutilization.Thistechnologyhavesignificancemeaningfortheminiaturizationoflasercommunicationterminal.Atfirst,thispaperintroducesthelasercommunicationtechnologydevelo