深度学习技术在空间激光通信中的应用

与射频通信相比，空间激光通信具有传输速率高、保密性能强、终端功耗低等优点，目前已成为当前通信领域的一个研究热点。同时，空间激光通信也面临着一些严峻的技术挑战，如大气湍流导致空间激光通信的信道情况十分复杂，复杂的信道会引发信号光强度起伏剧烈，信标光跟踪与瞄准困难，接收端的信号光场波前畸变严重等。为了提升空间激光通信在复杂信道环境中的性能，学者们将深度学习技术引入到空间激光通信系统中。多项研究表明，深度学习在空间激光通信的诸多方面表现出了优越的信息处理能力。对近年来深度学习技术在空间激光通信信号处理与检测，信标光捕获与跟踪以及波前畸变探测与校正等方面的应用做一全面梳理，并对用于空间激光通信的深度学习技术的前景进行展望。     

一种改进的激光星间链路终端指向误差在轨标定方法

提出一种改进的激光星间链路终端(LCT)指向误差在轨标定方法,对激光星间链路终端指向误差模型和观测数据获取方法进行改进。针对现有的终端指向误差参数模型误差因素考虑不足的问题,引入相应的误差项描述误差因素影响。针对链路观测法中存在的激励信号受限,不能充分激励误差参数的问题,以捕获过程中指向机构主动摆动时的入射光信号作为激励信号,以系统误差参数的可观测度最大为目标优化设计激励信号。仿真结果表明：经过本方法标定的误差参数经修正后, 激光星间链路终端的最大指向误差（方位向）由改进前的867.8 μrad下降到改进后的112.1 μrad;最大指向误差（俯仰向）由改进前的62.1 μrad下降到改进后的51.5 μrad,有效地提高了激光星间链路终端指向精度。     

星间光通信中振动抑制的研究

星间光通信是极具前景的空基通信方式。通信双方光束的捕获，对准和跟踪为星间光通信必须解决的关键技术之一。光通信终端作为卫星的有效载荷，受到卫星平台及空间环境的影响。本文首先概要地说明了星间光通信对准和跟踪系统的设计要求，分析了卫星平台振动，给出了典型的振动功率谱密度，可行的扰动抑制方法和APT系统的设计。最后设计了跟踪子系统，对其扰动抑制性能进行仿真。仿真结果表明本文设计的有效性。     

自适应RBF Terminal在精密实时跟踪控制中的应用研究

进行空间对接、空间光通信以及空间对抗等,需要在卫星间实现精确的捕获跟踪瞄准( Acquisition, Tracking, Pointing, ATP)。提出了用自适应RBF变结构控制方法实现捕获跟 踪瞄准系统中跟踪子系统的精密实时跟踪控制,以提高系统的性能。首先由Terminal滑模变 结构控制器实现快速稳定的跟踪,然后,通过自适应RBF神经网络对系统中不确定干扰的上 界进行估计。并且用李亚普诺夫方法证明了系统的稳定性和对参数变化的鲁棒性。最后,仿 真结果证明了方法的有效性。     

实战天基激光武器系统设计的技术需求分析

本文系根据美国天基激光武器采购能力和结构研究 (A&AS)项目综述的一篇技术报告。文中分析了空军和导弹防御组织 (BMDO)发展天基激光武器 (SBL)所采取的现行技术途径以及为使实战SBL系统投入战场使用所必需的技术需求。A&AS项目确认了需要大力改进当前技术能力的几个重要技术领域 :发展大型展开式光学系统 ,提高波阵面控制和振动控制能力 ,增加激光器功率。最后讨论了还需改进的远程目标捕获、跟踪和指向控制技术 ,空间飞行器的共性技术 ,建模和仿真 ,以及地面试验技术。     

模糊控制在光电跟瞄平台稳定控制中的应用

机载光电跟瞄系统是一个复杂的角位置随动系统,其精确模型不易建立。利用模糊控制不要求精确模型的特点,以跟瞄平台俯仰回路的稳定控制为例,设计了基本模糊控制器和自组织模糊控制器。仿真研究表明,在模型参数摄动又有多种干扰作用时,两种控制器都能进行有效地控制,特别是自组织模糊控制的稳态误差更小,计算速度更快。     

CARS燃烧诊断系统的时序控制器研究

研制了一台用于相干反斯托克思喇曼光谱CARS（Coher-ent Anti-Stokes Raman Scattering）相干反射系统的时序控制器，使激光发射同步输出脉冲与数采系统中LCI外触发输入脉冲电平匹配；可以选择采集同步发射的激光信号。其有单选、奇数、偶数、全选四种工作模式，可应用于单脉冲CARS实验，实现时间分辨光谱，同时还可以降低噪音，提高信噪比。     

预警卫星H∞回路成形复合控制研究

针对预警卫星系统所具有的建模不确定性与干扰不确定性,为了实现凝视相机对战术弹道导弹的快速、高精度自动跟踪指向控制,设计了具有鲁棒稳定性的星体姿态与相机跟踪指向的复合控制系统.先利用拉格朗日法建立了预警卫星系统的动力学模型,在研究凝视相机对战术弹道导弹跟踪规律的基础上,运用H∞回路成形理论设计了星体姿态和相机跟踪指向的复...     

移动卫星通信捷联式天线稳定系统

介绍了一种应用激光陀螺惯性导航系统组成的移动卫星通信的捷联式天线稳定系统 ,给出了天线稳定和跟踪的控制方法和最优值搜索法。采用该系统可测量载体的姿态角和经度纬度 ,借助于惯性系统的输出信号控制天线轴使天线跟踪指定的卫星 ,卫星天线接收的信号可检测出跟踪误差 ,通过伺服系统控制天线转动 ,以使通讯信号为最强。采用了 GPS修正惯性系统的误差 ,成为 GPS/ INS的组合系统。在山区道路上跑车试验结果表明 ,当车的横滚角和俯仰角达到 6°,频率为 1Hz,方位角变化 180°时 ,在此动态条件下根据测量的卫星信号场强可知 ,跟踪误差小于 0 .2°。接收到的电视信号稳定清晰 ,图像和电话信号都是满意的。跑车试验表明 ,天线跟踪卫星的静态和动态精度完全满足了移动卫星通信的技术要求     

卫星点波束天线的多目标指向优化研究

卫星天线波束常常需要同时覆盖特定区域内多个目标,为保证目标接收卫星信号的增益要求,需对其指向进行优化。以我国某卫星点波束天线为研究对象,将天线功率辐射模型引入卫星指向计算模型中,完成了指向目标的增益计算。运用最优化原理分析了多目标指向增益优化模型,在无约束条件下,指向增益最优点在标称三目标构成的三角形重心位置;有约束条件下,最优点在满足相应约束下偏离无约束最优点。多目标指向优化理论研究对点波束天线的高精度指向及确保目标的通信特性提供了适用的工程模型,具有极强的工程应用价值。     

伽利略光学实验分析

对伽利略光学实验进行了全面的分析,其中包括实验装置和元器件的分析,并重点分析了实验发射系统的工作原理和工作过程,对准、跟踪系统的工作原理和工作方式.并对实验的结果进行了详细分析,针对实验中出现的因大气影响而导致接收失败,讨论了采用自适应光学对大气影响进行补偿的方案的可行性,对于因背景光过强而导致的链路性能劣化,分析了采用干涉滤光片对背景光进行抑制的可行性,为我国将来开展深空光通信的研究提供参考.     

双频系统的功率分配和最佳设计方法

双频系统含有双频多普勒测速、数传及遥测三个分系统。本文提出双频组合(随机)测速误差、测速分系统的及整个双频系统的最佳功率分配等概念和公式,最佳设计方法和一个简便迅速的图解法。利用此法可将双频系统发射机耗功降至最小值,或反言之可提高有关分系统的精度。     

遥测系统中高数据率扩频传输及其伪码快捕技术的实现

根据遥测系统发展的方向,把编码扩频技术应用于传输频带的压缩,对编码扩频捕获与跟踪进行了理论推导,并采用伪码快速捕获的方法,解决了编码扩频技术在实际中的应用问题,适合于新体制下遥测图象信号的抗干扰保密传输。     

陆海激光卫星高程测量的思考

为满足新形势下陆海激光卫星高程测量的需求,分析了高精度高程控制点数据获取、森林生物量估算、浅海及海岛礁地形测绘、"三极"区域高程变化监测等方面的需求,提出了发展多波束激光卫星测高的初步设想,并就高精度激光指向测量技术、距离门宽度动态适应调整技术等关键技术问题进行了探讨。     

A procedure for three-dimensional angular velocity determination using a star sensor in high-rate rotation modes

This paper presents an application for modern star trackers aimed at the estimation of the spacecraft angular velocity vector on the basis of the star field images acquired during fast rotations, when star identification and tracking are not possible. Angular rates in the range 2–8°/s are considered, which strongly affect the characteristics of the acquirable images, in particular for shape and brightness. The procedure consists in the exploitation of the rigid motion equations to identify the rotation that best fits the observed star trajectories in the sensor field of view. Its coverage capability is analysed with reference to the sensitivity of state-of-the-art photodetectors. The probability of an adequate acquisition is shown to be 0.80 with random pointing and rotation axis over the celestial sphere. Firstly, the accuracy of the procedure is discussed in numerical tests. Then, end-to-end tests are reported, which have been operated by implementing the procedure in a hardware sensor model that acquires simulated star field scenes in a laboratory facility. Both the validations point out that the accuracy of 1°/s, suggested by the European Space Agency for this kind of application, has been achieved. Moreover, the rate of rotation about axes perpendicular to the boresight can be computed with accuracy one order of magnitude better.     

空间激光通信系统光斑小目标跟踪算法研究

在空间激光通信链路中,大气湍流、结构设计误差、平台扰动等因素为链路的精确对准和精密跟踪带来了困难。为提高激光链路的跟踪精度,首先对光斑跟踪过程中的影响因素进行研究分析,继而对跟踪算法做出改进。针对跟踪目标特性,设计了一种自适应模板目标相关跟踪算法,并搭建了基于粗精复合轴跟踪系统的实验平台,开展了实验验证。结果表明：与当前常用跟踪算法相比,该设计处理速度可达 1 kfps,目标跟踪位置与真实位置基本重合,目标跟踪准确率高于98%,在处理速度、跟踪准确率与算法鲁棒性上均有较大提升,具有一定的实用性。     

卫星波束标校信号码型对比分析

针对GEO轨道通信卫星同步定点后会出现周期性漂移,导致波束指向不确定的问题,本文对波束标校系统中的信号捕获进行了研究。由于标校信号捕获依赖于标校信号之间的正交性及其自相关特性,因此文中提出了标校系统中信号码型选择需要考虑的关键问题。特别是在天线存在指向误差时,Ka频段标校站接收信号功率最大差异可达近30 dB,这给标校信号码型设计和标校信号的捕获带来了困难,因此文中从码型的抗干扰性能、实现复杂度、能量估计精度和捕获特性等几个方面,分析和对比了m序列信号、Walsh信号、单频信号和Chirp信号（扫频信号）这4种码型各自的优点和缺点,并用MATLAB进行了仿真。结果表明：在抗干扰性能上,伪随机序列信号和Walsh信号最好,Chirp信号次之,单频信号最差;在复杂度方面,Chirp最复杂,伪随机序列和Walsh序列次之,单频方式最简单;在估计精度方面,三者的估计精度相当;在捕获性能方面,Walsh信号的捕获性能明显优于m序列,而且当两个标校站的接收信号功率之间存在较大差异时,Walsh信号的捕获性能明显优于m序列。因此标校系统可优先选择Walsh码作为标校信号。     

基于广义Stewart平台的精密跟瞄机构动态各向同性优化设计

设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻.为解决这一问题,提出具有容错特性的一类广义Stewart并联机构,定义动态各向同性概念及指标,考虑负载质量几何特性,推导了动态各向同性描述及条件的解析数学形式.将局部动态各向同性与全域工作空间灵活性好、满足运动能力和无构件干涉等目标相综合,建立了精密跟瞄广义Stewart并联机构的优化设计方法.结果表明广义Stewart并联机构能够放松各向同性时对负载的条件约束,设计方法优化并具有工程应用价值.     

一种卫星间跟瞄方向的控制策略与实现

进行自由空间的光通信或空间对抗，需要在卫星间实现精确的跟踪与瞄准。因为地面测控站的设置非常有限，指令与数据注入的范围受到很多限制，所以要求这种跟瞄在很多时候是无主控制状态下完成的。提出了一种利用在地面测控站的范围内向星上数管中心注入目标卫星、本体卫星的轨道参数，其它时间依靠自主导航飞行和GPS修正的方法，结合本体星的姿态测量、振动测量实现卫星瞄准指向的方位角与俯仰角的精确控制的方法，提高了在地面站无法注入指令与数据时卫星的捕获概率。通过仿真，将计算结果与卫星仿真工具软件STK的数据进行比较，结果一致。最后在嵌入式DSP平台上实现了这一策略。     

和差通道相位差对差模跟踪接收机的影响分析

在数据中继卫星系统中,中低轨航天器常采用差模跟踪技术,完成对数据中继卫星的捕获跟踪,建立高速数据中继传输链路。文章根据某任务跟踪接收机实际设计参数,用Matlab／Simulink软件对和差通道相位差对跟踪性能的影响进行了仿真分析。