基于DSP的星间光通信ATP系统的设计

星间光通信是极具前景的通信方式。由于星上环境复杂,通信距离遥远,而可靠 的光通信对跟瞄精度要求很高,所以,捕获、跟踪和瞄准(ATP)技术成为实现星间光 通信的关键和难题。跟踪技术是实现整个 ATP 功能的核心,捕获是建立通信链路的前 提。因此,对星间光通信 ATP 中的捕获和跟踪技术研究非常必要。 本文简要介绍了星间光通信及 ATP 技术的概念、关键技术、发展现状和趋势、 ATP 系统的基本构成、以及各个部分的相关技术;根据卫星轨道计算出不确定区域的大小、 根据光电器件参数计算信标光发散角,并详细讨论了捕获中的关键技术,如捕获概率、 捕获时间和扫描方式,然后运用计算所得参数在实验室模拟星间捕获过程和对不同扫 描方式的性能比较。 在星间光通信跟踪方面,本文根据国外测得的卫星振动数据对卫星振动特性进行 了分析,并从控制论原理出发,讨论了ATP跟踪系统的控制环结构,分析了包含粗、精 控制环的复合控制轴的工作特性以及优点;接着本文详细阐述了以光束偏转器为控制 机构的精跟踪原理和要求, 设计了一个完整的ATP系统,并对ATP系统各个部分的实现 进行了详细讨论; 设计了一种便于跟踪的四象限探测器的结构。 最后,本文介绍了以DSP为ATP控制器的ATP实验系统,对各个模块的电路进行了 详细说明,并测试了此系统的跟踪性能,分析了此ATP实验系统的性能不足的原因。此 外,给出了实验系统主函数流程图和PID控制程序的实现。