星间激光链路中畸变光斑复原算法的研究
发布时间：2020-12-31 12:33
卫星激光通信技术具有传输数据率高、保密性好、终端体积小、功耗低等突出优势,具有良好的应用前景,因此成为国内外科研机构的重点研究项目。在卫星激光通信过程中,对光束进行快速捕获和稳定跟踪,是建立和保持稳定通信链路过程中至关重要的环节,这两个步骤取得成功的关键在于对探测器上光斑的精准定位。在星间激光通信链路中,由于通信距离十分遥远,接收端接收到的光束近似为平行光,由于卡塞格伦光学系统在空间环境中受到温度非均匀变化带来的影响,镜片会发生热形变,镜片面型的改变会对传输光束造成波前畸变,探测器上接收到的光场能量分布就会发生变化,此时定位算法计算的光斑质心便会产生误差,对光束捕获和跟踪过程带来不利影响。在本文中,针对星间激光通信链路中,由于光学系统热形变带来的波前畸变引起定位误差的问题,提出复原算法对光斑的质心进行校正,在位置信息方面对畸变光斑图像进行恢复。首先通过对成像过程进行分析,基于夫琅禾费远场衍射规律和泽尼克多项式对波前函数的描述,建立波前畸变光斑光场分布模型;接下来在模型和探测到的图像之间建立目标函数,使用共轭梯度法对波前相位中的泽尼克多项式系数进行求解;最后基于波前畸变光斑模型和灰度质心...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SILEX计划链路
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文与卫星激光通信研究的单位中已经取得突出成绩的有：哈尔滨工大学、电子科技大学等[12]。在我国对于卫星激光通信的研究中最具代表性的是哈尔滨工业信技术研究中心，经过多年的研究和积累，卫星光通信团队攻克现已形成一套集理论和实践于一体的研究体系。2011 年 8 月，通信团队自主研制的星地激光通信终端搭载在“海洋二号”卫星上0 月，利用该通信终端我国首次在卫星和地面之间建立激光通信星地通信试验[17]。这次试验的通信距离达到 1600 多公里，实验的很多理论研究进行了验证，并且在平均捕获实践和通信误码率国际领先水平，这一试验的成功，标志着我国卫星光通信的研究际领先行列。搭载在“海洋 2 号”及地面通信终端如图 1-2 所示。
局部畸变模型如下图1-3 所示。图 1-3 单个局部畸变模型2010 年，意大利科研人员 Elisa Segato 等人提出了一种研究空间环境下工作的光学系统受热形变的新方法，这种方法是利用系统中各元件的独立模型进行有限元分割，再将数据导入 MATLAB 类软件进行优化拟合，并最终用非线性最小二乘法选定合适的拟合数据或镜片面形的变化范围，精度可达 8-10m。通过以上数据拟合与分析，将镜片面形的变化导入 ZEMAX 类光学软件并进行光学仿真，进而得出镜片面形变化对系统光路以及波前畸变等影响[20]。文中得到的在温度为-20o热形变棱镜成像的点列图如下图 1-4 所示。这篇文章对于空间光学系统热形变问题研究比较全面，从镜片面型的变化到引起的光束波前畸变给出了全面的分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速非均匀模糊图像的盲复原模型[J]. 程俊廷,左旺孟. 黑龙江科技大学学报. 2017(02)
[2]图像恢复技术的应用现状与展望[J]. 题园园,朱洪雷,丁瑞昕,林雁飞. 科技创新导报. 2017(02)
[3]从EDRS看国外空间激光通信发展[J]. 贾平,李辉. 中国航天. 2016(03)
[4]点扩散函数对星点提取误差分析的影响[J]. 姜亮,张宇,张立国,张星祥,任建岳. 红外与激光工程. 2015(11)
[5]大气激光通信光斑图像的快速复原与实时检测[J]. 高世杰,盛磊,吴志勇,朱立禄. 光学精密工程. 2015(08)
[6]卫星通信的近期发展与前景展望[J]. 易克初,李怡,孙晨华,南春国. 通信学报. 2015(06)
[7]空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析[J]. 姜会林,安岩,张雅琳,江伦,赵义武,董科研,张鹏,王超,战俊彤. 飞行器测控学报. 2015(03)
[8]一种典型的卡塞格伦光学天线的设计与分析[J]. 黄凯,刘海峰. 科技创新导报. 2014(14)
[9]像差对通信捕获光斑质心的影响分析[J]. 吴从均,颜昌翔,刘伟. 中国激光. 2013(10)
[10]基于星点图像的小像差复原[J]. 陈新华,季轶群,沈为民. 光学精密工程. 2012(04)
博士论文
[1]图像实时复原技术的研究与应用[D]. 贾格.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[2]星地激光链路高精度跟瞄偏差角度获取方法研究[D]. 姜诗琦.哈尔滨工业大学 2014
[3]波前畸变对星间激光通信链路性能的影响研究[D]. 杨玉强.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]非均匀温度变化对卡塞格伦式光学系统的影响分析[D]. 刘盛典.哈尔滨工业大学 2015
[2]大气湍流影响下卫星光通信探测光斑分布与定位算法研究[D]. 左海成.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2949607
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SILEX计划链路
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文与卫星激光通信研究的单位中已经取得突出成绩的有：哈尔滨工大学、电子科技大学等[12]。在我国对于卫星激光通信的研究中最具代表性的是哈尔滨工业信技术研究中心，经过多年的研究和积累，卫星光通信团队攻克现已形成一套集理论和实践于一体的研究体系。2011 年 8 月，通信团队自主研制的星地激光通信终端搭载在“海洋二号”卫星上0 月，利用该通信终端我国首次在卫星和地面之间建立激光通信星地通信试验[17]。这次试验的通信距离达到 1600 多公里，实验的很多理论研究进行了验证，并且在平均捕获实践和通信误码率国际领先水平，这一试验的成功，标志着我国卫星光通信的研究际领先行列。搭载在“海洋 2 号”及地面通信终端如图 1-2 所示。
局部畸变模型如下图1-3 所示。图 1-3 单个局部畸变模型2010 年，意大利科研人员 Elisa Segato 等人提出了一种研究空间环境下工作的光学系统受热形变的新方法，这种方法是利用系统中各元件的独立模型进行有限元分割，再将数据导入 MATLAB 类软件进行优化拟合，并最终用非线性最小二乘法选定合适的拟合数据或镜片面形的变化范围，精度可达 8-10m。通过以上数据拟合与分析，将镜片面形的变化导入 ZEMAX 类光学软件并进行光学仿真，进而得出镜片面形变化对系统光路以及波前畸变等影响[20]。文中得到的在温度为-20o热形变棱镜成像的点列图如下图 1-4 所示。这篇文章对于空间光学系统热形变问题研究比较全面，从镜片面型的变化到引起的光束波前畸变给出了全面的分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速非均匀模糊图像的盲复原模型[J]. 程俊廷,左旺孟. 黑龙江科技大学学报. 2017(02)
[2]图像恢复技术的应用现状与展望[J]. 题园园,朱洪雷,丁瑞昕,林雁飞. 科技创新导报. 2017(02)
[3]从EDRS看国外空间激光通信发展[J]. 贾平,李辉. 中国航天. 2016(03)
[4]点扩散函数对星点提取误差分析的影响[J]. 姜亮,张宇,张立国,张星祥,任建岳. 红外与激光工程. 2015(11)
[5]大气激光通信光斑图像的快速复原与实时检测[J]. 高世杰,盛磊,吴志勇,朱立禄. 光学精密工程. 2015(08)
[6]卫星通信的近期发展与前景展望[J]. 易克初,李怡,孙晨华,南春国. 通信学报. 2015(06)
[7]空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析[J]. 姜会林,安岩,张雅琳,江伦,赵义武,董科研,张鹏,王超,战俊彤. 飞行器测控学报. 2015(03)
[8]一种典型的卡塞格伦光学天线的设计与分析[J]. 黄凯,刘海峰. 科技创新导报. 2014(14)
[9]像差对通信捕获光斑质心的影响分析[J]. 吴从均,颜昌翔,刘伟. 中国激光. 2013(10)
[10]基于星点图像的小像差复原[J]. 陈新华,季轶群,沈为民. 光学精密工程. 2012(04)
博士论文
[1]图像实时复原技术的研究与应用[D]. 贾格.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[2]星地激光链路高精度跟瞄偏差角度获取方法研究[D]. 姜诗琦.哈尔滨工业大学 2014
[3]波前畸变对星间激光通信链路性能的影响研究[D]. 杨玉强.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]非均匀温度变化对卡塞格伦式光学系统的影响分析[D]. 刘盛典.哈尔滨工业大学 2015
[2]大气湍流影响下卫星光通信探测光斑分布与定位算法研究[D]. 左海成.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2949607
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