滑模控制对激光通信ATP系统跟踪性能的改善

为提高激光通信捕获、跟踪、对准(ATP)系统粗精复合控制的跟踪精度,提出了指数趋近律的离散滑模控制方法.建立了ATP系统跟踪控制模型,设计了滑模控制器组成的精跟踪控制系统,对动态滞后跟踪性能进行仿真研究.结果表明,相对于频域设计法,滑模控制可增加系统的控制带宽,在较宽的范围内对粗跟踪系统产生的随机误差有较强的抑制能力.     

基于FPGA的CCD空间光通信光束跟踪研究

空间激光通信的光束跟踪系统主要负责完成信标光的精确跟踪和锁定,通常采用光电探测器件并配以相应的电子学伺服控制系统。本文设计了基于FPGA的CCD图像采集处理器,可以实现单CCD探测器的空间捕获和跟踪两种功能。研究了光斑位置中心提取的快速形心算法,实现了跟踪要求视场角为方位±5°、俯仰±5°、跟踪精度为200urad,跟踪灵敏度为10 MW。     

星间光通信复合轴跟踪结构性能和误差抑制能力分析

在星间激光通信系统中,捕获、跟踪和瞄准(Acquisition Tracking and Pointing，ATP)技术是一项关键技术,ATP系统的跟踪瞄准精度对整个通信的成功与否起着至关重要的作用。主要对星间通信的复合轴跟踪进行了分析。首先介绍了星间光通信的概念和用激光实现星间通信的优点,然后分析了复合轴跟踪结构的特点,给出了复合轴跟踪控制系统的视场匹配关系和性能分析,最后采用仿真对比得出选择合适的粗、精跟踪带宽和带宽比对系统误差有突出抑制能力的结论。     

大气激光通信ATP系统设计及精跟踪子系统仿真

分析了影响大气激光通信ATP系统的环境因素,总结出ATP系统应该采用自适应光学系统和四象限体制来设计,并重点分析了精跟踪系统及给出MATLAB仿真.提出一套详细的设计方案,同时对于应用中的实际问题,提出相应的解决措施.     

卫星激光通信光束控制中的迟滞建模与补偿

为保证卫星激光通信的链路稳定,需要将接收的光束始终控制在通信中心点.由于压电陶瓷驱动的快速倾斜镜具有高刚度和快速响应等特点,作为执行机构广泛应用于卫星激光通信的精跟踪系统.但是压电陶瓷本身具有迟滞特性,给精跟踪系统的闭环控制带来了难题.传统的处理方法是在精跟踪系统内部增加一层闭环控制使快速倾斜镜达到线性化的目的,但这会极大地降低精跟踪系统的带宽.通过对快速倾斜镜结构进行分析,我们发现可以利用对称迟滞模型对其迟滞特性进行建模,进一步提出了一种基于Madelung规则的对称迟滞建模与补偿方法,能够精确地描述和补偿快速倾斜镜的迟滞特性,有效地提升光束控制带宽,从而提高通信链路的稳定性.理论仿真和实验结果验证了所提出方法的有效性.     

基于嵌入式的激光光束质量的测量与控制

本文提出了一种嵌入式激光光束质量参数自动化测量系统。该系统选择混合式步进电机组作为执行机构来获取束腰位置;采用面阵CCD多点探测激光光斑的图像信息,实时计算激光光斑的质心和光强以及光束的束腰宽度和束腰角等参数。     

夏克-哈特曼阵列光斑质心探测误差比较

在相同信噪比的情况下,通过数值仿真对夏克-哈特曼波前传感器阵列光斑的4种质心探测算法进行质心探测误差对比.仿真结果表明,强加权质心算法具有较好的适用性,该算法在信噪比小于5时,质心探测误差低于0.5像素.在对阵列光斑进行质心探测时,同时考虑质心探测误差和探测速率,有效提高了质心探测的准确性和快速性.     

新型精度射击激光模拟系统设计研究

针对目前激光射击模拟训练系统存在的诸多问题,提出了一套新型精度射击激光模拟系统设计方案。该方案将激光图像远距离成像与激光弹着点数字化自动判读技术结合起来,实现了激光模拟射击系统的紧凑化及便携式实用化设计。系统光学设计采用了高分辨率长焦且高摄远比(1∶2)系统,实现了远距离靶面图像信息的实时捕捉与同步数字化。数字图像传递至微机后再经过灰度化、二值化、光斑质心位置提取计算及中值滤波等算法处理,可以消除背景杂散信号干扰影响,同时确定弹着点位置。该系统具有设计方案新颖、原理简单可靠、精度高、无需专用靶、成本低等优点,具有很大的推广和应用前景。     

强噪声下激光光斑尺寸的估计

提出了加门限的滑动窗口一阶矩质心计算方法。该方法利用目标光斑与周围背景及噪声在形态分布以及灰度分布上的不同而提出的。从总光电子数、读出噪声方差、光斑尺寸和信号光斑质心与暗背景质心位置的距离四个方面将该算法与传统一阶矩质心计算方法进行了计算精度的对比。仿真和实验结果都表明,本文的算法较传统一阶矩方法在质心计算精度上有较大的提高。     

激光在大气中传输特性的仿真研究

大气对激光传输产生光强闪烁、光束漂移及光斑扩展等影响,严重限制了激光通信、激光测距等系统的工作性能。因此全面开展大气信道中激光传输特性研究是十分重要和必要的。主要研究建立了大气吸收、大气散射衰减效应理论模型及光强起伏、光束漂移和光斑扩展等大气湍流效应影响模型。在分析各模型的基础上,重点进行大气吸收、散射理论模型的仿真和大气湍流对激光传输特性影响模型的仿真。仿真结果表明:大气的吸收和散射将对功率产生衰减;大气抖动引起的激光散斑效应、光束偏折和扩展效应将影响跟踪精度和视轴对准精度;大气湍流引起的光功率波动效应将影响通信的速率和误码率。     

基于序列信息圆心拟合的大气激光光斑检测技术

为了降低大气湍流对水平链路无线激光通信APT子系统的影响,提高在强噪声中光斑检测算法的鲁棒性,提出了一种新颖的光斑检测跟踪方法.该方法采用序列间信息量的分布情况作为检测特征参数来拟合圆心,并且按照拟合方程估计光斑能量中心点,即在遵守最小二乘原则的前提下使序列间均方误差达到最小.本检测方法可以对大气湍流和背景光干扰起到较强的补偿作用,将检测误差有效地抑制在一个小范围内,对强湍流环境拥有很强的针对性,为水平链路无线激光通信的精跟踪提供了一种针对大气湍流的有效解决方案.该算法采用时域均衡的方法较为巧妙地回避开湍流引入噪声过强这一难题,使其在强噪声环境下拥有较强的鲁棒性.并且从工程实践的角度,较全面地分析了该算法的优缺点,并针对其瓶颈作出了展望.     

无线激光通信APT系统的研究

利用激光在无线信道中的传输特性和无线通信对APT的要求,研制了新型的APT系统,并分析了系统每一部分的工作原理;为实现光束的捕获、跟踪和对准,设计了特定的工作流程和相应的跟踪算法,利用四象限探测器进行信号的处理,说明了该系统的合理性.     

BD2/GPS高精度同步时钟装置的设计与应用

针对CCD(Charge Coupled Device)相机在探测脉冲激光光斑过程中曝光时刻与脉冲激光同步的问题, 提出一种利用超前预测方式同步触发CCD相机抓拍光斑图像的高精度时钟源设计方案。该装置主要采用北斗2导航系统(BD2： BeiDou2 navigation satellite system)/全球定位系统(GPS： Global Positioning System), 双模接收单元提供的协调世界时(UTC： Universal Time Coordinated）时间以及高精度秒脉冲（PPS： One-Pulse Per -Second）时间基准作为同步时钟装置的基准源, 并结合现场可编程门阵列(FPGA： Field Programmable Gate Array)高速时序计算与微控制单元接口技术, 保证CCD相机同步抓拍时间, 从而完成高精度的同步触发。实验表明, 该装置可以提供微秒级时间同步精度和标准授时信息, 有效地缩短了CCD相机曝光时间, 得到完整清晰的高信噪比脉冲激光光斑图像。     

基于多特征融合的多摄像机人体跟踪方法

在非重叠视野摄像机网络中, 因视觉盲区等因素的存在, 难以对人体目标进行准确可靠的持续跟踪, 为此, 提出一种融合主颜色特征、 纹理特征和时空拓扑特征的目标跟踪算法。该算法将人体区域分割成上、 中、 下3个目标子块, 分别利用最近邻聚类算法提取每个目标子块的主颜色信息, 并计算主颜色匹配率; 通过提取目标的空间纹理特征获得纹理匹配率; 最后通过融合计算人体外观匹配模型。同时, 根据目标关联信息的累计统计信息, 采用增量学习思路建立和更新摄像机网络的时空拓扑关系。实际场景的实验表明, 该算法能有效地对非重叠视野多摄像机网络中出现的人体目标进行连续跟踪, 并随系统的持续运行和监控区域中新目标的不断出现, 其跟踪准确度也随之提高。     

基于环形激光的光学系统及其性能评估

基于传统的点状或线条状激光视觉传感器信息量少、解释模糊以及跟踪方向单一等问题,利用正负透镜,开发了一种基于环形激光的光学扫描系统;研究了环形激光成像过程中的球差消除问题.结果表明,该光学扫描系统可以实现环形激光轨迹,球差足够小,能够用于特征提取以及焊缝识别与跟踪.     

基于梯度法的移动卫星通信地面站跟踪系统

针对现行移动卫星地面站采用基于激光陀螺跟踪卫星方案的价格昂贵、使用不便等不足,提出了基于梯度法跟踪卫星的方案.同时提出基于梯度法和数字波束形成GRAD-DBF(grads-digital beam forming)技术的跟踪方案.系统无需激光陀螺、机电转台-伺服系统,能跟踪多颗非静止卫星.最后对GRAD-DBF跟踪方案和算法用Mathcad软件作了计算机仿真,给出了仿真程序和仿真结果.