卫星激光测距系统的指向偏差修正

为了控制激光测距望远镜准确指向目标,本文采用图像处理方法精确识别卫星位置,计算卫星质心相对于参考中心的偏差并转换为望远镜的脱靶量,从而通过伺服系统修正望远镜的指向偏差;同时识别光束图像,得到光尖位置并计算光尖点与接收视场中心的偏差量,修正激光束指向偏差。     

多板天线“动中通”跟踪波束指向偏差研究

"动中通"系统可以通过接收并比较卫星下传的信标信号强度来调整天线波束指向,从而实现对卫星的跟踪,文中针对多板天线"动中通"系统由于通信内容和信标信号间的频率差异造成的跟踪波束和通信波束指向偏差问题,分析了跟踪波束指向偏差产生的基本原理,提出了一种基于延时线加两级移相器相位补偿技术的误差修正方案,并通过理论推导和Matlab仿真,证实了方案的可行性和有效性.     

伪距定位算法中天线相位中心偏差的修正及误差分析

在导航卫星伪距定位算法中,卫星作为质点进行计算,不考虑卫星质心与导航天线相位中心的偏差(PCO)。本文在介绍导航卫星伪距定位算法基础上,提出采用天线相位中心替代卫星质心的方法以修正 PCO 产生的定位计算误差,同时本文给出了基于导航电文和卫星姿态控制策略计算 ECEF 坐标系下天线相位中心的方法。本文将修正前后的伪距定位算法应用到典型的定位计算中并对计算结果进行分析。根据数据分析结果,使用修正前的算法,PCO 在不同方向、 地理位置上产生明显定位计算误差,而使用修正后模型可以消除这种误差。     

应用于人卫激光测距光尖图像处理方法研究

介绍了一种基于人卫激光测距望远镜寻找激光光尖的新型检测方法和实施效果。通过实拍的激光光尖图像,采用高斯滤波等方法对图像进行预处理,再对降噪滤波后的图像提取边缘,输出二值图像,利用霍夫直线变换,对在CCD靶面成像的激光位置进行标定。基本达到了在肉眼识别不清的情况下检测出激光光尖,并精确计算出光尖的坐标。通过质心算法计算出的卫星星点质心坐标,可以确定光尖与星点质心的偏差量,从而控制望远镜的转动消除偏差,达到无人值守的科研目标。     

高分七号卫星激光测高仪光斑质心位置变化分析

高分七号卫星搭载了我国首个具备全波形记录能力的对地观测激光测高仪,可以大范围地获取高精度三维坐标,其定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度.针对数据特点,提出了一种阈值约束的椭圆拟合光斑质心提取算法,并建立了长周期指向角稳定性监测与分析系统.首先,用阈值法确定激光光斑轮廓的边缘;其次,通过腐蚀操作消除孔隙、噪声的影响;然后,通过椭圆拟合进一步约束激光光斑的形状,保留光斑的特征参数;最后,通过灰度重心法提取质心坐标.实验结果表明:光斑的质心位置在1.4 pixel内变化,对应的指向角度每月在0.434"内变化,较为稳定.文中相关算法、结论对我国后续激光测高卫星研制、指向稳度监测具有一定的借鉴意义.     

白天卫星激光测距望远镜指向误差修正方法研究

白天卫星激光测距时,由于望远镜机架受太阳辐照和温度变化等因素影响,指向误差时变性较大,影响了对白天卫星的精确跟踪指向。针对卫星过境天区,提出了一种通过白天恒星监视,实现望远镜局部指向误差快速修正的方法,消除环境温度变化效应,实现高精度望远镜指向。以中国科学院上海天文台60 cm口径卫星激光测距系统为平台,应用短波截止滤光技术,实现了对亮于3等恒星的白天监视;并在卫星过境天区选择到6到7颗恒星进行观测,建立望远镜局部指向误差修正模型,以满足白天激光观测需求。该方法对白天卫星测距特别是高轨卫星等具有一定应用价值,也可推广到其他需白天目标观测的望远镜系统。     

卫星激光测距中光束亮度的偏振影响及应用

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)常利用激光大气后向散射所形成的图像来引导光束指向,而光束图像亮度随天区变化的现象在SLR站普遍存在,影响了激光对卫星的瞄准。以中国科学院上海天文台现有SLR系统为研究平台,阐明了该现象的成因,即光束图像成像光路中分光镜的效率会随偏振方向改变而变化。据此提出偏振方法,通过建立出射激光偏振方向随望远镜位置变化模型,改变发射光路中新引入半波片的角度,实现了光束图像于不同亮度的实时控制。相比使用消偏振分光镜的方案,该方法具有应用灵活、系统简单且成本低的优势,研究成果在提高激光对卫星的瞄准精度及星象图像信噪比等方面具有重要意义。     

卫星激光通信中目标跟踪算法的改进

分析了用重心法计算光斑能量中心时图像相对光源强度分布失真引入的误差,建立了强度失真模型,引入修正该失真的修正因子,提出了相应的修正算法,并讨论了该修正算法在卫星激光通信跟踪系统中的应用。计算机模拟结果表明,在适当的情况下,计算出的由于像面上强度分布相对光源失真而导致的跟踪角度偏差可增至109″,从而证明了在激光卫星通信系统中,修正因子的引入提高了定位、跟踪精度和信道的可靠性。     

基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正

针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题,提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型,在全视场区域内均匀选取若干点,比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差,通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后,指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad,平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad,并且当俯仰角较小时,修正效果较好;在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后,最大指向偏差变为1.51 mrad,平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度,对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。     

基于改进神经网络的激光焊接偏差智能识别研究

为保证激光焊接质量,需要有效识别激光在焊接过程中的焊接偏差,因此,采用改进神经网络模型实现激光焊缝偏差识别.构建激光焊接试验装置,采用302不锈钢板作为焊接试件,通过高速摄像机获取激光焊接过程中的熔池红外图像,并通过中值滤波算法对图像实行预处理后获取堆积热效应参数、匙孔质心参数、匙孔形变参数,以此作为改进神经网络模型的输入向量,实现激光焊接偏差识别.实验结果表示:该模型在隐含层单元数量为3、训练步数为240时训练误差较大程度接近目标值,且模型规则数量为4条时,可有效、精准地完成激光焊缝偏差识别.     

卫星激光测距系统中图像处理子系统设计

为了提高卫星激光测距系统的自动化程度,设计了一套用于卫星激光测距系统的图像处理子系统。本子系统通过图像处理手段,解算出激光束光尖和卫星位置,并将位置偏差反馈给控制计算机,用以调整激光束的出光方向和修正预报偏差。首先给出了该系统的软硬件框架和实现流程;然后重点介绍了图像处理部分算法;最后结合实际观测对系统进行性能验证,结果表明本系统功能正常,稳定可靠,在一定程度上提高了激光测距系统的精度和实时性。     

基于近红外CMOS的激光光斑质心检测系统设计

为实现在复杂背景光照条件下具有较高的光斑探测灵敏度,高精度的坐标计算,及大于1000 fps的结果输出速度,介绍了一种基于近红外CMOS图像传感器,实时计算光斑质心坐标并输出的系统。设计使用安森美半导体公司的Python1300系列近红外图像传感器NOIP1FN1300A对激光光斑成像。利用Cyclone4系列低功耗FPGA对传感器进行驱动和解串,应用可靠的质心算法实时计算光斑坐标。结果输出部分分别采用USB2.0和RS422接口实时输出目标图像和质心坐标。该设计最终具有1500 fps的实时处理能力,软件代码简洁,质心坐标计算精确,系统功耗低等优点。     

基于摆镜技术提高测距成功概率的方法研究

深空激光测距受距离遥远、大气损耗等因素影响,地面站接收到的回波光子数非常稀少,因此,研究增加回波光子数的方法对提高系统测距成功概率具有重要的意义。文中在云南天文台1.2 m望远镜激光测距系统发射光路中增加摆镜,通过快速高精度控制激光光束传播方向的方法搜索回波光子数较多的指向位置。首先设计了摆镜扫描系统,然后对系统进行仿真分析,模拟系统出射光束偏转角度和能量分布随摆镜偏转角度的变化情况以及利用摆镜进行搜索的效果,最后对测距卫星进行实际观测试验。测量得到系统使用的二维摆镜的最小分辨率为0.2″,经激光发射系统扩束后,可以实现最小0.005″的搜索步长,控制频率在100 Hz以上。实际观测结果表明,使用摆镜提高回波率的方法是有效的,并且目标轨道高度越高效果越明显,因此可应用于深空目标激光测距系统。     

高速激光光斑检测系统的设计与实现

为了实现激光通信系统对信标光的捕获、跟踪与瞄准,采用嵌入式图像处理技术设计了基于现场可编程门阵列器件的高速激光光斑检测系统,对分辨率为300pixel300pixel、帧频1000Hz序列图像中的激光光斑目标进行了提取操作。采用1维滤波算子构造方位滤波器进行图像预处理,同时便于硬件实现,滤波后经阈值分割、形态学开运算与连通域分析,最后提取了激光光斑的形心位置信息。结果表明,所设计系统能够对包含激光光斑目标的高帧频图像进行实时处理。目标形心提取频率可以满足激光通信系统在动态链路建立方面的要求。     

单次大气散射效应对星载激光测高仪接收脉冲回波的影响

大气散射效应是影响星载激光测高仪接收脉冲回波的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波信号与大气响应函数之间的关系式,在忽略大气多次散射效应的条件下,通过分析散射激光束的几何轨迹和散射概率,推导出单次大气散射激光脉冲和接收脉冲回波的特征参数的数学解析式。以地球科学激光测高仪系统参数为输入,采用数值仿真分析的方法,模拟了大气散射介质分布、激光指向角和目标倾斜角对接收脉冲回波信号特征参数的影响。结果表明,若散射介质的高度和粒子半径范围分别为0.2~6 km和0~120 m,则其对接收脉冲回波的能量、重心和均方根脉宽的影响最大值分别超过15%、250 cm和800 cm。随着激光指向角或目标倾斜角的增加,接收脉冲回波的能量基本不产生影响,但是其重心和均方根脉宽近似呈线性增加趋势。同时,采用高斯拟合方法可以减小大气散射效应对接收脉冲回波的影响。所得结论对于接收脉冲回波的数据处理与分析以及激光测距精度的评估具有一定的指导意义。     

地形地物对星载激光测高仪回波信号的影响

地形地物的回波信号特性影响着星载激光测高仪测量精度。对星载激光测高仪回波脉冲信号进行了理论分析,建立了地形地物数学物理模型,对不同地形地物的回波信号进行了数值模拟研究;在采用不同回波信号检测的情况下,分析了不同地形地物造成回波信号的变化所引起的测量误差。研究结果对保证星载激光测高仪测量精度具有重要的意义。     

库德光路光束指向稳定性分析

库德光路光束指向稳定性是保证激光测距机光轴指向精度的关键因素,通过坐标变换建立了一种可以从空间角度表征光束指向稳定性的动态方法,解决了大型激光测距机库德光路系统误差对光学系统影响的问题,将库德光路系统误差与光束指向有机地结合起来,以某地平式激光测距机为研究对象,建立了库德光路光束指向的动态误差模型。将CCD 固定在库德镜5 的安装接口处,并与图像采集卡组成图像采集系统,直接对库德光路激光光斑进行采集,获得了精度较高的光束指向动态误差数据。利用实测数据对光束指向的动态误差模型进行了最小二乘拟合,由此标定出了该设备库德光路光束指向的动态特性,为设备系统误差的修正工作奠定了基础。