星地激光通信链路地面集成测试系统的构建

针对星地激光通信链路的地面集成测试需求,提出了一种地面集成测试装置的构建方案,该方案可有效解决真实通信终端在地面环境下的相互捕获、跟踪、瞄准及通信等功能验证问题.     

星地激光链路中的光信号快速识别方法

依据图像传感器探测背景光的噪声情况,定义了光背景特征值,用其来描述星地链路光背景噪声对于卫星光通信的瞄准、捕获和跟踪的影响.在星地链路光背景噪声条件下,对光信号识别和捕获的影响进行了分析,同时,提出了捕获光点路径优化算法,根据此算法可以得到星地激光链路区域光背景噪声的特征规律,并阐述了光背景噪声情况下的光信号快速识别方法.经模拟实验分析表明:该算法能够在光背景噪声情况下对光信号进行快速识别和捕获,满足了图像实时处理要求,增强了图像处理系统的抗干扰能力,因此,对星地激光通信具有一定的参考意义.     

星地激光通信下行链路的最大天顶角分析

从星地激光通信系统星座设计的需求出发,分析了星载激光载荷发射功率、发射端瞄准偏差角和背景光功率等因素对下行链路最大通信天顶角的影响.针对采用OOK调制、APD探测器直接检测的链路,基于gamma-gamma先强起伏概率密度函数和Webb-Gaussian APD探测器输出模型,建立了大气湍流影响下的下行链路误码率模型,...     

圆偏振移位键控的星地激光通信误码率研究

光束的偏振特性在大气传输中变化比较小,因而偏振移位键控调制具有较高的可靠性。以星地激光通信为背景,研究星地激光通信链路的圆偏振移位键控调制的误码率性能。考虑到大气湍流的影响,采用Hufnagle-Valley大气折射结构常数模型,在Rytov方差分别为0.082,1.11这两种弱、强湍流起伏条件下,通过对比圆偏振移位键控调制和直接检测开-关键控调制的误码率,得到了同等湍流起伏条件下前者误码率性能比后者突出的结论。特别是Rytov方差为0.082时,要达到10-7的误码率,它们对信噪比的要求分别是21.65dB和30dB,圆偏振移位键控调制对信噪比的要求降低了8.35dB。此外,还分析了近地面折射结构常数、天顶角和地面风速这3个因素对误码率的影响,仿真结果表明圆偏振移位键控调制的误码率比直接检测开-关键控调制最少降低2个数量级。因此,圆偏振移位键控调制在未来星地激光通信中有着广阔的发展前景。     

红外系统中杂散辐射的抑制方法

本文介绍了红外杂光的消除方法，如常用的采用光栏、挡光环、消杂光涂料以及红外系统中所特有的温栏和冷栏匹配消杂光的方法，并论述了消杂光技术的发展。     

地球红外辐射背景成像方法研究

为模拟生成地球红外辐射背景图像,研究其成像方法。首先将地球表面划分为若干地表区域,考虑大气传输特性、地表类型、地袁经纬度及地袁海拔高度等因素影响,根据地袁类型,建立地球袁面区域温度模型和红外辐射亮度模型．然后运用数值计算方法得到地球表面温度和红外辐射亮度分布。根据红外探测器视角与视点．利用OpenGL实现了红外探测器在太空中对地球背景红外辐射亮度的三维图像显示。结果表明,模拟生成的地球红外背景图像效果逼真,可用于红外目标识别和仿真应用。     

地球红外辐射背景成像方法研究

为模拟生成地球红外辐射背景图像, 研究其成像方法。首先将地球表面划分为若干地表区域,考虑大气传输特性、地表类型、地表经纬度及地表海拔高度等因素影响, 根据地表类型, 建立地球表面区域温度模型和红外辐射亮度模型, 然后运用数值计算方法得到地球表面温度和红外辐射亮度分布。根据红外探测器视角与视点,利用OpenGL 实现了红外探测器在太空中对地球背景红外辐射亮度的三维图像显示。结果表明, 模拟生成的地球红外背景图像效果逼真, 可用于红外目标识别和仿真应用。     

大气湍流影响星地相干激光通信的数值仿真

由于解析法在研究相干光通信的相位补偿等问题中存在困难,采用多层相位屏分步传输的数值仿真方法研究大气湍流对星地相干光通信下行传输的影响。首先建立了卫星地面之间的大气湍流中激光传输的仿真模型,可以实现不同天顶角和不同湍流条件下的光传输仿真计算。然后用其进行地球同步轨道(GEO)卫星下行光通信的数值仿真分析,并通过与理论值的对比来检验算法的可靠性。最后结合二进制相移键控(binary phase shift keying, BPSK)相干激光通信系统的误码率（bit error rate, BER）模型,计算分析了下行激光通信信号的衰落系数和BER。     

星地链路激光通信地面站址选择及大气影响研究

综合考虑我国方量的地理分布和气候特点,提出了一项星地激光通信的地面多址布站方案,仿真分析了大气散射引起的衰减及大气湍流对星地链路的影响。利用卫星工具包(STK)软件分析了地球静止轨道(GEO)卫星与5个地面站的链路特性。结果表明,西藏的阿里站同时具有最理想的经度和纬度,地平角为52°,最有利于开展星地激光通信。在一定天气条件下,随着波长的增加,对应的散射引起的功率衰减减小;随着能见度的降低,大气散射引起的光功率平均衰减增加;随着地平角的升高,大气引起的功率平均衰减减小;波长越长,闪烁指数越小;随着接收孔径直径的增大,闪烁指数快速减小;随着海拔高度的增加,闪烁方差减小。该研究为星地激光通信外场实验提供了一定的理论依据。     

孔径不匹配在星地光通信中对对准信息的影响

介绍了星地光通信中因地面站激光发射天线孔径和光探测器孔径不匹配而引起的对准误差。通过相位屏数值模拟大气湍流效应,分析了大气湍流效应对对准误差的影响,并分析在两孔径为同心及非同心情况下,随孔径大小的变化对准信息误差的变化趋势,指出了合理的孔径配置。     

太赫兹频段星地通信信道建模与仿真

太赫兹频段作为至今尚未被完全开发的超高通信频段,具有超大带宽等优点,将其应用于第五代（the 5th Generation,5G）、后五代（Beyond 5G,B5G）移动通信系统,除实现更高速率传输外,还可实现地面移动网络与卫星网络频谱资源的共享,有利于推动新一代空天地一体化通信网络建设.文章提出了一种适用于星地通信系统的太赫兹信道建模与仿真方法,分析了自由空间损耗、分子吸收损耗、云雾衰减、雨衰减及多普勒频移等太赫兹信道的影响因素,构建了星地太赫兹通信信道建模流程,并给出了分步骤信道参数的生成方法.通过数值仿真,对不同天气状况下传输距离和频率对传输信号的影响进行了分析,并基于所生成的信道响应对误码率进行评估,从而验证了所提出模型和方法的可用性.所提建模方法能够提供不同传输条件下的动态太赫兹信道响应数据,从而为今后太赫兹频段无线通信系统的设计与开发提供评估与测试依据.     

红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真研究

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题,研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演,得到了全球地表温度分布图。在此基础上,构建了地表红外辐射模型,充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响,利用MATLAB与MODTRAN进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算,实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明:仿真图像分辨率高,能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性,可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。     

跟踪误差补偿下星地光通信地面模拟实验分析

为了分析跟瞄误差对星地光通信链路的影响,采用LabVIEW对接收光信号进行了采集,通过理论分析和实验验证,取得了不同动态误差补偿下接收光终端的信号时域特征。结果表明,出射功率为23dBm、跟瞄误差为10μrad情况下,通信系统可以稳定工作;当跟瞄误差为80μrad或伺服系统出现震荡时,通信系统性能急剧下降。     

基于定点数据的星地量子通信数据仿真

实际卫星在轨运动会对星地量子通信实验带来影响.星地间距离的变化导致信号时间间隔改变,进而对量子通信中的时间同步带来干扰,降低成码率甚至无法成码.利用定点量子通信数据仿真星地量子通信数据,可用于卫星发射前检测不同轨道高度下卫星信号的时间同步性能.通过分析时间同步方案模拟了距离变化反映在信号光接收端的时间变动.用星地量子通信实验的实际数据对仿真模型进行了验证,结果表明模型匹配程度较好.     

前下视红外图像中复杂地面背景下的目标定位

对于地面背景较复杂条件下的目标定位问题,目标模板匹配算法是一种有效的方法。将隐马尔科夫统计模型引入到目标模板匹配,并结合离散余弦变换,给出了一种图像相似性测度。采用真实的中波红外图像验证了该相似性度量的性能。实验结果表明,该测度适用于红外图像的模板匹配问题;且该相似性测度对噪声不敏感,优于常用的以相关系数为测度的方法。     

大气环境背景辐射仿真研究

大气背景辐射对于空间预警系统的研究具有极其重要的作用,基于辐射传输的理论,建立吸收波段大气环境背景仿真系统,针对特定区域,对白天和晚上的情况作了仿真模拟,分析了云顶温度等大气参数对辐射背景的影响,并将4.3 μm通道(白天)的仿真结果与AIRS的结果作了比较,两者的均值差异为13.2%.     

短波红外高光谱成像仪背景辐射特征研究

文章指出背景辐射对短波红外高光谱成像仪辐射精度、信噪比是有影响的.给出了色散型短波红外光谱仪的背景辐射定量计算模型,分析了温度及温度变化与辐射精度的关系,并通过实验数据进行了验证.在背景辐射特征分析的基础上,分析总结了小相对孔径冷屏、高精度温控、冷光学、经常性标定等几种减小背景辐射影响的措施.本文的研究工作对于提高高光...     

前视红外系统中复杂背景下典型地物目标跟踪

前视红外系统主要处理复杂地物背景下的典型地面目标,如桥梁、机场跑道、大型建筑物等。跟踪地面背景较复杂的目标常用的是目标模板匹配的方法。而模板匹配相关跟踪的关键是对实时模板的更新及替换策略。针对前视目标跟踪问题,采用模板相关匹配的方法搜索目标;采用Kalman滤波的方法更新实时模板中的每个像素．以迭到更新实时模板的目的．采用Kalman滤波的方法校正跟踪结果坐标位置数据。为了减小运算量同时又不影响跟踪精度．采取了隔若干帧更新一次模板及跟踪位置数据的策略。仿真实验证明,跟踪效果较好。