EMCCD相机在全天时星敏感器中的设计与应用

近地面用全天时星敏感器用于大型飞机、临界空间飞行器等航空器的导航。近年来,随着星惯组合导航技术的快速发展,国外开始重视该项技术的研究。主要研究近地面用全天时星敏感器中基于EMCCD的星相机的设计与应用。分析了星相机的全天时探测的原理,提出采用高灵敏度EMCCD成像技术解决白天强背景下的探测问题。在原理研究的基础上,完成了基于CCD201探测器的星相机及实时图像处理器的硬件设计和调试,采用硬件实时中值滤波的方法实现全天时星图的预处理。设计的星相机系统信噪比可达50 dB左右。通过进行白天观星实验获得恒星图像,并成功进行了目标提取。实验说明所设计的EMCCD相机具备白天恒星探测能力。     

近地面大气相干长度值对比实验分析

在进行大气湍流强度、激光大气传输的研究时,大气相干长度是一个非常重要的参数.为了确定大气相干长度仪系统测量的A类不确定度,验证差分像运动法(DIMM)所测得的大气相干长度的可靠性,在相同传输路径上,分别运用差分像运动法和湍流积分法测量大气相干长度值.两种方法测量结果在量级和时间趋势上基本一致,两种方法得到相互验证.同时分析了两种测量方法得到的大气相干长度值存在差异可能的原因.大气相干长度仪的A类测量不确定度是通过贝塞尔法来计算的.通过实验可以得出,该大气相干长度仪系统的平均相对扩展测量不确定度小于20%.大气相干长度仪系统具备较高的可靠性,能够为大气光学传输的应用提供有价值的参考.     

大气相干长度测量信标自动跟踪系统

大气相干长度是研究大气湍流强度、激光大气传输以及自适应光学的重要参量之一.整层或有限距离相干长度的测量大多是以恒星、高空气球中光目标等作为信标光源的.一般依靠轨道跟踪或手动跟踪,跟踪能力差,测量时操作不便.为此研制了一套信标自动跟踪测量系统,可以实现各种不同条件下大气相干长度的自动跟踪观测,从而大大提高了测量性能.     

信噪比对DIMM法测量大气相干长度的影响

在大气相干长度r0的测量中,相同的仪器和数据处理方法,不同的信噪比对实验测得结果有较大影响。通过分析实测中的噪声模型,利用matlab仿真,保持信号光强度不变,在光斑图像上添加高斯噪声,改变图像的信噪比。以不含背景时的光斑图像求得的r0作真值,分别求出不同信噪比下r0对真值的相对偏差。发现当信噪比小于5时,相对偏差大幅增加。在相同信噪比下,采用不同的背景处理方法,发现减去平均背景后,剩下的高斯噪声对质心位置的影响很小。在不同信噪比下,减1倍平均背景及0.6倍背景起伏标准差后相对偏差整体表现最小。     

白天观测恒星测量整层大气相干长度

根据差分像运动原理实现了白天通过观测恒星测量整层大气相干长度.根据晴天天空背景的特征在系统中增加滤波片,根据相干长度仪的结构特点在系统轴线处增加光阑,可显著抑制天空背景光.根据天空背景光的特点,选择长波段敏感的探测器有利于白天观测恒星.该实验获取了全天的整层大气相干长度,特别是获取了晨昏时段的整层相干长度.实验结果表明...     

斜程路径大气相干长度的测量

介绍了一种斜程有限距离上大气相干长度的测量系统和方法,用系留气球搭载一个点光源,在地面用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定实时的斜程大气相干长度值,与湍流廓线测量实验进行了对比,实验结果分析光学湍流廓线积分与相干长度仪测量二者的相关性较好.     

基于剪切干涉法的大气相干长度直接实时测量

大气湍流的随机变化对星地激光通信性能有所限制,高速激光通信对瞬时湍流特性的描述提出新的要求。基于剪切干涉法对大气相干长度进行直接、实时测量。通过测量经过大气扰动的畸变光波前的剪切相位分布,利用满足各态历经随机过程条件时,相位结构函数的时间平均等于系综平均的特点,结合Fried相位结构函数,得到实时的大气相干长度。采用波长为635nm的光波进行1.2km距离实验,成功测得了大气相干长度,并通过对比实验验证了其可行性,解决了在高速激光通信中,传统的测量大气相干长度方法在时间累积和统计分析方面的限制。     

华南山区秋冬季节大气光学湍流初步测量分析

通过使用大气相干长度仪测量了华南山区部分月份的昼夜整层大气相干长度,结合使用温度脉动仪获取的近地面部分测量高度的折射率结构常数数据,分析结果表明:在10、11、12月份中,白天11月的测量结果最大,夜间测量结果较为复杂,下半夜的测量数据小于上半夜的测量数据;从频数分布来看,白天中心值为8.5 cm,主要集中在6～12 cm之间,夜间中心值为13.0 cm,主要集中在10～18 cm之间,其平均值明显大于白天的结果;从近地面层对整层大气湍流强度的贡献来看,白天比夜间受到的影响更为明显.     

大气相干长度自动跟踪测量系统可靠性分析

大气相干长度自动跟踪测量系统是目前较为先进的相干长度测量系统,它能对移动目标进行自动跟踪式测量。 本文运用故障树分析法(FTA)分析了该系统的可靠性,通过计算确定了影响系统可靠性的薄弱环节,并对系 统的优化提出建议,为系统可靠性的提高及故障诊断提供了重要参考。     

基于双目相机的光学高度测量系统

根据双目立体视觉模型,搭建一个实验室专用的高度测量系统.首先使用Matlab自带的工具箱对双目相机进行多次标定,获取实验所需的诸多参数,然后通过立体校正技术建立修正后的世界坐标与像素坐标之间的关系方程.在VS2015结合OpenCV的编程环境下,利用立体匹配算法和视差理论获取目标表面的三维空间信息.最后通过选定同一目标...     

基于双目摄像头的测距系统的实现

摄像头测距有着多种多样的方式,比如在摄像头上安装测距设备、采用单目测距和双目测距等方式进行距离的测量.文章主要研究利用双目摄像头进行测距,分析其测距的可行性及如何才能完成测距工作.     

白天天空背景对昼夜大气相干长度仪数据影响

昼夜大气相干长度仪实现了全天候连续观测恒星,是一种大气相干长度的常规观测仪器。主要分析了白天天空背景光引起的大气相干长度测量误差,提出了适合于工程应用的图像消噪方法,并进行了数值仿真,结果表明:该消噪方法能有效抑制白天天空背景引起的图像传感器噪声,使其在最大天空亮度观测3.5等星时所引起的大气相干长度测量误差减小到1.434%,扩大了选星跟踪范围,证实了该消噪方法应用于提高仪器测量精度的可行性和白天星像质心提取的准确性。     

采用视频图像的激光干涉测长技术

为使激光干涉测长仪具有可逆计数功能和良好的抗干扰性能,必须采用移相技术获得两路相位差为90°的信号.为克服传统移相技术的结构复杂、调节困难等问题,在利用迈克尔逊干涉仪产生等厚干涉条纹的基础上,利用希尔伯特变换法对干涉条纹进行移相,确定信号读取位置,从摄像机记录的动态条纹信号中提取出两路相位差为90°的信号,利用反正切相...     

一种空间相机焦距的自动温度补偿系统

温度因素造成空间相机离焦,使相机的焦面不在最佳摄像范围内,为了实现焦面的自动控制,保证相机的成像质量,提出了一种空间相机焦距的自动温度补偿系统。首先,详细分析了目前相机焦面的补偿策略,针对其缺点和不足提出一种改进方法;其次,介绍了该系统的构成、设计及其工作原理;最后,对其进行了实验验证。实验结果表明:离焦量可以控制在10μm以内,焦面的调整误差不大于1.3μm,温度水平控制满足系统设计要求。提出的空间相机焦距的自动温度补偿系统可以实现自动控制相机温度水平、自动计算相机的离焦量、自动控制相机的焦面,满足相机工作时焦面处于最佳摄像范围内的要求。     

基于FPGA和DSP技术的自适应光学系统在线大气湍流参数测量平台

为了实现大气湍流参数的实时估计，提出并设计了一种基于FPGA 和DSP 技术的自适应光学系统在线大气参数测量平台。该测量平台采用FPGA 作为前端处理器，在自适应光学系统闭环工作时，利用多通道并行技术和流水线技术从闭环数据高速复原开环泽尼克系数，采用DSP 作为后端处理器，根据复原的开环泽尼克系数，利用其编程灵活的特点实现大气相干长度r0、外尺度L0、风速v 和相干时间t0的复杂统计运算。最后将该测量平台应用在127 单元的自适应光学系统上，以实际天文恒星为观测目标，进行了大气湍流参数的测量。