基于光域補償?shù)纳漕l信號光纖高穩(wěn)傳輸系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、隨著人類對外太空的探索越來越頻繁，探測深度不斷加深，深空探測天線頻率正在向更高頻段發(fā)展。然而，天線頻率的增加使毫米波本振信號的傳輸面臨巨大的挑戰(zhàn)。作為深空探測支撐技術(shù)的干涉天線陣則要求各天線從中心站獲得相干、低相位漂移的毫米波本振信號，保證各天線外差接收的信號能夠相干合成。因此，相位信息的穩(wěn)定傳輸至關(guān)重要。光纖傳輸毫米波信號相對電纜來說具有損耗小，頻帶寬等明顯優(yōu)勢，尤其是對遠(yuǎn)距離傳輸更為重要。但是外界環(huán)境特別是溫度、應(yīng)力的變化將導(dǎo)致光纖

2、折射率發(fā)生改變，從而引入相位抖動。所以必須通過某種機制予以補償消除，保證光纖傳輸系統(tǒng)的相位穩(wěn)定性。穩(wěn)相系統(tǒng)中，控制算法是關(guān)鍵的一環(huán)，它直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定和精度。本文介紹了射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)使用的關(guān)鍵器件和控制算法。首先，簡單論述光器件基本原理和三種光調(diào)制技術(shù)；介紹了 PID（比例、積分、微分）控制算法原理。然后重點綜述了幾種常用的PID參數(shù)整定方法，如Z-N整定法、柯恩-庫恩整定法、模糊自適應(yīng)參數(shù)整定法等，介紹他們的使用場景以及

3、各自的優(yōu)勢。并將這些整定方法在MATLAB中進行仿真，對比其控制效果。
　　本文設(shè)計了高精度數(shù)字鑒相器。鑒相器的精度決定了檢測小信號即小相位差的能力，它對穩(wěn)相系統(tǒng)的精度同樣起著至關(guān)重要的作用。在對鑒相原理進行深入分析后，設(shè)計出高精度的數(shù)字鑒相器，并在 Multisim下進行電路仿真，最終完成電路板設(shè)計。研究了基于電域鑒相，光域補償?shù)纳漕l信號光纖高穩(wěn)傳輸系統(tǒng)方案，并通過具體的實驗驗證了其性能。首先分析了溫度變化對光纖的影響；然后簡單

4、介紹了幾種可行的相位補償方案的原理和優(yōu)缺點，并調(diào)研了當(dāng)前各方案在實驗中可以達到的技術(shù)指標(biāo)。在以上分析的基礎(chǔ)上，最終選擇采用基于基準(zhǔn)信號的相位鑒別和光域補償?shù)姆€(wěn)相系統(tǒng)方案。接著，對該方案中的兩個關(guān)鍵技術(shù)：高精度鑒相技術(shù)和控制補償算法進行了討論。分析了鑒相的原理，并對自己設(shè)計的高精度鑒相器和控制算法分別進行仿真。最后，在實驗室環(huán)境下搭建實驗平臺進行實驗，使用空調(diào)模擬外界溫度的變化，分別對光纖鏈路補償前后的系統(tǒng)進行測試。實驗表明，在溫度變化為