空间光网络技术-习题及答案 ch03空间ATP技术.docx

第三章 空间ATP技术 1.ATP系统由哪几部分组成? 卫星光通信中的ATP 系统一般采用复合控制系统结构，它可分为以下几个部分:粗瞄准机构，精瞄准机构、预瞄准机构、传感器等。 2.简述ATP系统的工作原理。 收发天线接收到的信标光入射在探测器的光敏面上，粗跟踪探测器获取的信号经过误差信号提取电路提取出误差信号，将误差信号送入计算机处理，控制计算机以控制伺服系统驱动光学天线，使光学天线对准信标光方向，然后进行精定位。 3.空间光通信捕获的基本原理。 空间捕获要求将接收透镜瞄准在光场到达的方向上，其必须根据光束的到达角度调节光阑平面的法向量。通常调节到某一精度以内就认为是可以接收的，即到达角可以位于法向量发出的一个立体角内。这一可以接收的角度成为捕获过程的分辨角(或分辨束宽)，在后面的讨论中用..标记。显然，最小的分辨角为衍射极限视场，但在实际设计时所希望的分辨角通常要更大一些，这样可以使光源的很多模式进入，并对对准误差和其他不定因素进行补偿分辨角作为一个设计指标，其数值在后面分析中起着重要的作用。 捕获分为单向和双向两种过程。单向捕获如图 3-3 所示。位于某一点的单个发送机向位于另一点上的单个接收机发送，如果已经达到满意的对准(或等价为发送机束宽覆盖了对准误差)，则光束将照亮接收机所在的点。在某些不确定性下，接收机知道发送机方向位于从接收机位置定义的立体角2内，接收机希望其天线与到达光场的垂直度在某一预先设定的分辨角2内，即希望其天线法向量指向发送机视线矢量上.球面弧度之内，通常，因此接收机必须在不确定角度上进行捕获搜索，从而使发送机位于所希望的分辨角之内。 4.阵列顺序扫描和固定阵列顺序搜索的特点是什么? 一次扫描阵列搜索的困难之处在于所达到的分辨角通常比所期望的要大,除非采用相当大的 S。不过这可以通过反复进行阵列搜索直到达到所期望的分辨角改善，而同一阵列进行的顺序搜索成为顺序捕获。采用一个固定的探测器阵列，并连续地调节视场即可实现顺序空间搜索，从而以所期望的分辨角找到光束。在搜索的每个步骤上，视场都被阵列分割成许多扇形的区域，并进行并行判决，以决定哪个扇区观察到了光束。然后视场被缩小(放大率增加)到决定的扇区，并重新进行并行判决。因此，最终所达到的分辨角依赖测试重复的次数。不过整个操作受到接收机透镜系统所允许的放大率范围，即接收机“变焦”范围的限制。 简述发射捕获协议的三个阶段。 第一阶段，起始方用椭圆光束进行光栅扫描，允许接收方判断起始方的方位和身份。第二阶段，接收方向起始方发射一窄圆光束，允许起始方判决接收方的方位和身份。第三阶段，捕获结束，数据传输开始。 简述空间光束跟踪的原理。 在完成对准和空间捕获之后，不管是否存在光束漂移和发送机一接收机相对运动，都将面临发送机光束保持在探测器表面区域上的问题。这种将接收机光阑相对于到达光场保持正确定向的操作要求进行空间跟踪。这种跟踪是通过即时产生误差电压对光学硬件进行连续地重新调节实现的。 在入射光束被成功地捕获之后，定向光场应聚焦到捕获阵列的中心，这一中心是被共轴地校准到跟踪子系统的位置误差传感器上的。捕获闽值使阵列处理不再进行，并使聚焦到中心的光束能够用于跟踪操作。当视线光束移动或接收机平台抖动而使聚焦光束移离中心时， 跟踪子系统即可产生误差信号。跟踪子系统通常使用两个(方位角和仰角)分离的闭环，如图3-20 所示。通过位置误差传感器可以即时地决定方位角和仰角坐标上的跟踪误差，并产生误差信号。然后将误差信号用于接收机透镜的对准轴控制。通常用分离的伺服环路对方位角和仰角分别进行控制，控制环路采用相同的动力学模型。典型的环路控制函数为相同类型的低通积分滤波器形式，它使误差信号可以平滑地进行位置控制。滤波器带宽必须足够宽，以使跟踪环路能够跟随所预期的光束移动，同时使环路内的噪声效应最小化。 瞄准误差是由哪些因素引起的? 第一个主要因素是不能精确所期望的方向。参照系的误差导致视线方向的不确定性，对准只能在基本坐标系建立的精度内进行。通常，坐标系是根据某一已知的恒尾或其他天体定位的，在这种情况下，对参照系的运动采取补偿措施是非常重要的。一般来说，这种运动并不是精确已知的。除了实际参考轴的运动，还存在一种表观运动 (例如，由于地球从其轨道的一边移动到另一边导致的恒星视差移动)。参照系的误差直接转化为对准过程中视线方向的误差。对准误差的第二个主要因素是由实际对准误差引起的。通常，望远镜或透镜系统通过电子或机械连接，由远程传感器操作进行对准。应力、噪声、安装结构等因素在这一机械系纷中造成的误差将使光束不能精确地对准。这种误差称为瞄准误差。 第三个主要因素是不能够精确地补偿发送机和接收机的运动。只要二者之间有一个是运动的就会出现这种情况，或者它也可以由地球的转动或定点卫星的往复运动引起。