收藏本站

高精度空间量子通信跟瞄技术的误差机理研究

【摘要】:在自由空间进行量子通信,使用空间激光信道传递量子态信息,激光束散角较小,需要捕获、跟踪、瞄准(Acquisition,Tracking and Pointing,简称ATP)系统来建立和保持通信链路。空间量子通信发展向天地一体化网络迈进,发展高轨道量子卫星作为通信中继将是必由之路,高轨卫星对地超远的链路距离对ATP系统的跟踪精度提出了更高的要求。基于低轨量子卫星“墨子号”的ATP技术基础,从机理上进行系统分析和工程实践优化,是发展更高精度ATP系统切实可行的方案之一。本论文以量子通信的空间ATP系统为研究对象,研究超高跟踪精度的ATP系统需要进一步突破的关键技术,复合轴ATP系统的精度由精跟踪系统决定,所以精跟踪系统成为了本文的研究重点。论文主要工作包括:介绍了ATP系统的工作原理,包括工作流程、系统构成和瞄准方案,分析了系统的关键参数耦合关系,并对精跟踪系统进行了重点介绍;在对ATP系统进行瞄误差分析的基础上,提出了基于衍射光斑采样的探测体制,并对精跟踪系统进行光学参数优化;基于zernike多项式推导了离轴光学系统和同轴光学系统的像差转换关系,仿真分析了光学像差对离轴光学系统接收光轴和发射光轴的影响;分析了面阵探测器的非理想特性因素,仿真分析了各个因素对光斑定位的影响,并实施了探测器非均匀性校正;给出精跟踪控制系统的基础上,综合仿真分析和实验测试,探究控制分辨率对跟踪精度的影响。论文的主要创新点有:1)研究了衍射斑采样的探测体制。分析了波长、系统焦距、望远镜口径、探测器有效像元尺寸等对衍射斑定位的综合影响,提出了精密位置探测必须满足的空间采样关系。在衍射采样的探测误差空域和频域分析基础上,对精跟踪系统进行了光学系统参数优化,实验结果表明,当满足空间采样关系时,精跟踪精度从0.44?rad提高到0.12?rad。2)研究了光学系统像差对接收与发射光轴偏差的影响。基于zernike多项式的像差拟合,分析了光学系统各级像差对接收光轴和发射光轴的影响。数值仿真结果表明,为了实现优于0.1?rad的收发光轴配准,同轴光学系统像质需要达到?/30 RMS,离轴光学系统像质需达到?/100 RMS。3)研究了探测器非理想特性对光斑定位的影响。建立数理模型分析不同探测器随机噪声、填充率等对光斑定位精度的影响,得到不同填充率下的最优光斑半径;分析了探测器条状噪声对光斑位置定位的影响,仿真和实验结果表明,探测器条状噪声导致沿噪声延伸方向的光斑定位偏差大于其正交方向。对探测器的响应非均匀性进行校正分析,实验结果表明,非均匀性校正后光斑定位最大偏差0.08pixel收敛到0.05pixel以内。4)研究了系统控制分辨率对跟踪精度的影响。分析了不同控制分辨率下精跟踪系统的干扰抑制能力与跟踪精度并进行了实验验证。实验结果表明,当使用16bit量化的DAC时,相比于12bit量化结果,跟踪精度从0.5016?rad提高到了0.4128?rad。频谱分析表明,若要进一步提高跟踪精度,需要进一步增大系统的干扰抑制带宽。理论及实验结果表明,采取满足空间采样关系的光学系统设计,光学系统像质控制在同轴优于波长1/30?RMS(离轴优于波长1/100?RMS),对探测器各像元响应进行非均匀性校正,单像元瞬时视场小于1?rad,并将跟踪控制分辨率提高至16位量化,可以将系统的跟瞄精度从目前0.5?rad量级提高到0.1?rad以下。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O413;TN918

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白帅;王建宇;张亮;杨明冬;;空间光通信发展历程及趋势[J];激光与光电子学进展;2015年07期
2 沈洪雷;江昌勇;栗慧;;基于压电动态成型的厚壁塑件注射模结构设计[J];工程塑料应用;2015年02期
3 杨明冬;贾建军;张亮;王建宇;;DAC分辨率对ATP系统跟踪精度影响的研究[J];光通信技术;2015年01期
4 郎海涛;钱晓凡;戴欣冉;徐天杰;;相干与非相干照明衍射受限系统成像仿真[J];激光杂志;2014年04期
5 吴从均;颜昌翔;刘伟;;像差对通信捕获光斑质心的影响分析[J];中国激光;2013年10期
6 周辉;杨明冬;贾建军;王建宇;;压电驱动FSM的动态性能分析[J];科学技术与工程;2013年18期
7 董建婷;杨小乐;董杰;石志城;;面阵CMOS图像传感器响应非均匀性校正方法研究[J];半导体光电;2012年04期
8 李锐;李洪祚;唐雁峰;詹伟达;刘仁成;;空间光通信复合轴APT系统[J];红外与激光工程;2011年07期
9 秦来安;侯再红;靖旭;张守川;;质心跟踪算法在小内存DSP上的快速实现[J];大气与环境光学学报;2011年02期
10 贾辉;杨建坤;李修建;杨俊才;杨孟飞;刘一武;郝云彩;;星敏感器高精度星点提取系统误差分析及补偿方法研究[J];中国科学:技术科学;2011年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱文华;陈磊;谷晨风;郑东晖;李金鹏;曹慧;;用于瞬态波前检测的四波横向剪切干涉系统[J];激光与光电子学进展;2015年12期
2 柯熙政;雷思琛;王天瑜;;基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线[J];激光与光电子学进展;2015年12期
3 姜亮;张宇;张立国;张星祥;任建岳;;点扩散函数对星点提取误差分析的影响[J];红外与激光工程;2015年11期
4 彭小峰;曹阳;;机载空间激光通信终端的自抗扰视轴稳定控制研究[J];激光杂志;2015年10期
5 凡木文;黄林海;李梅;饶长辉;;压电倾斜镜的高压驱动及高速控制[J];光学精密工程;2015年10期
6 贾巍;范承玉;王海涛;;一种快速倾斜镜系统的设计与应用[J];强激光与粒子束;2015年05期
7 贺永洁;王杨;卢嘉;夏克文;;基于波前像差的图像质量评价方法研究[J];电子设计工程;2015年08期
8 贾巍;范承玉;;应用于快速倾斜镜的压电陶瓷驱动电源[J];量子电子学报;2015年02期
9 杨明冬;贾建军;张亮;王建宇;;DAC分辨率对ATP系统跟踪精度影响的研究[J];光通信技术;2015年01期
10 王卫兵;姜振华;王挺峰;郭劲;;星载光电复合轴跟踪控制技术研究[J];红外与激光工程;2014年12期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 柯熙政;刘妹;;湍流信道无线光通信中的分集接收技术[J];光学学报;2015年01期
2 武凤;于思源;马仲甜;马晶;谭立英;;星地激光通信链路瞄准角度偏差修正及在轨验证[J];中国激光;2014年06期
3 宋婷婷;马晶;谭立英;于思源;冉启文;;美国月球激光通信演示验证——终端设计[J];激光与光电子学进展;2014年05期
4 宋婷婷;马晶;谭立英;于思源;冉启文;;美国月球激光通信演示验证——实验设计和后续发展[J];激光与光电子学进展;2014年04期
5 赵碧杉;尹达一;曾攀;周青;;高精度大功率压电陶瓷驱动关键技术[J];压电与声光;2013年06期
6 吴从均;颜昌翔;高志良;;空间激光通信发展概述[J];中国光学;2013年05期
7 张靓;郭丽红;刘向南;林一;卢满宏;;空间激光通信技术最新进展与趋势[J];飞行器测控学报;2013年04期
8 周辉;杨明冬;贾建军;王建宇;;压电驱动FSM的动态性能分析[J];科学技术与工程;2013年18期
9 杨士娟;;单模光纤模场分布特性[J];激光杂志;2013年02期
10 孟兵;孙建丽;刘志学;;新型注射成型技术及特点[J];成都航空职业技术学院学报;2013年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;量子通信的概念和解析[J];陕西发展和改革;2016年05期
2 谢臻;;量子通信现状与展望[J];数字通信世界;2018年12期
3 ;我国首次实现反事实直接量子通信[J];军民两用技术与产品;2017年11期
4 ;量子通信卫星[J];电大理工;2017年04期
5 刘乃乐;吴根;王兵;于笑潇;;量子通信技术发展现状与趋势[J];科技中国;2017年10期
6 石梦柔;;量子通信实用化发展探析[J];数字通信世界;2018年01期
7 万骏;;浅谈量子通信理论及其应用[J];科技传播;2018年06期
8 ;量子通信:屹立全球产业潮头[J];电子元器件与信息技术;2017年05期
9 梁涵;;量子通信技术的发展现状与应用前景分析[J];黑龙江科学;2018年10期
10 程东亮;;量子通信技术及其在金融领域的实践与思考[J];网络安全技术与应用;2018年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 董鹏;孙晓洁;霍娟;李明飞;杨然;;量子通信技术研究进展及发展趋势[A];第四届航天电子战略研究论坛论文集(新型惯性器件专刊)[C];2018年
2 徐同乔;李剑阳;熊宗炬;;基于光量子通信构建天地一体安全保密军事通信网[A];第十一届全国信号和智能信息处理与应用学术会议专刊[C];2017年
3 傅璐;李春芝;刘伟;;浅谈我国量子通信技术的发展现状及未来趋势[A];2017年3月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2017年
4 赵双强;刘尉悦;李宠;姜玮;林泽洪;;量子通信载荷自动检测软件的设计[A];浙江省信号处理学会2013学术年会论文集——信号处理在海洋[C];2013年
5 潘建伟;;量子计算和量子通信的光学实现——现状和未来[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 张靖;潘庆;谢常德;彭堃墀;;利用明亮纠缠光进行连续变量量子通信的理论和实验研究[A];第十一届基础光学与光物理讨论会论文摘要集[C];2004年
7 周磊;程明;陈雅;张哲勇;朱士群;;信任网络中的量子纠缠渗流[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年
8 周磊;程明;陈雅;张者勇;朱士群;;量子信任网络中的纠缠渗流[A];豫赣黑苏鲁五省光学(激光)学会联合学术2012年会论文摘要集[C];2012年
9 何敏;王衍波;王荣;朱勇;关宇;王晓;;诱骗态量子密钥分配系统和协议研究[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年
10 薛鹏;韩超;喻擘;林秀敏;郭光灿;;利用光学腔中的原子实现纠缠制备与量子通信[A];第十一届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 蒋家平;合肥建成首个城域量子通信试验示范网[N];中国科学报;2012年
2 本报记者 吴长锋;墨子号:树起量子通信中国标杆[N];科技日报;2019年
3 本报记者 吴长锋;攻击,是为了让量子通信更加无懈可击[N];科技日报;2019年
4 记者 刘霞;欧洲拟建量子通信网络[N];科技日报;2019年
5 本报记者 吴晓芳;中国量子通信已领先全球 将大幅度提升信息安全水平[N];通信信息报;2019年
6 记者 钱童心;量子通信产业的漫长角力开始了[N];第一财经日报;2019年
7 记者 吴长锋;量子通信系统将大幅“瘦身”[N];科技日报;2017年
8 韦冉;中国量子通信再获重大突破[N];人民邮电;2018年
9 本报记者 吴长锋;量子通信:让信息传输无条件安全[N];科技日报;2018年
10 中国青年报·中青在线记者 邱晨辉;量子通信网络有望十年左右覆盖千家万户[N];中国青年报;2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈少杰;高精度空间量子通信跟瞄技术的误差机理研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2018年
2 赵于康;量子通信中若干问题的研究[D];中国科学技术大学;2018年
3 刘超;基于无相互作用测量量子通信方案的实验研究[D];山西大学;2018年
4 邓富国;量子通信理论研究[D];清华大学;2004年
5 高亭;量子通信和概率克隆在量子计算中的应用[D];首都师范大学;2005年
6 陈腾云;量子通信与量子密码实验研究[D];中国科学技术大学;2006年
7 韩超;远程量子通信的理论研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 张军;远距离量子通信[D];中国科学技术大学;2007年
9 胡元峰;自由空间量子通信实验中远程光符合的电子学系统研制[D];中国科学技术大学;2007年
10 鲁山;光子纠缠与量子通信[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓阳;自由空间量子通信信道建模与仿真分析[D];西安电子科技大学;2018年
2 宁文冠;量子通信网络中节点可信接入模型研究[D];成都信息工程大学;2018年
3 胡宇骋;量子通信网络中授权管理模型研究[D];成都信息工程大学;2018年
4 江英华;基于模型检测的量子通信协议安全性分析方法研究[D];成都信息工程大学;2018年
5 王珍珍;电力架空环境的长距离量子通信技术研究[D];华北电力大学(北京);2018年
6 孟璐;量子通信技术在电子档案安全利用中的应用研究[D];安徽大学;2018年
7 张宏琳;广电加密视频系统信息安全性研究[D];北京邮电大学;2018年
8 黄娜;实用化量子通信网络的特性研究[D];北京邮电大学;2018年
9 李攀登;面向量子通信与经典光通信融合的传输交换技术[D];北京邮电大学;2018年
10 常乐;大气及海洋中量子通信性能研究[D];西安邮电大学;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026