星地光通信中的信标成像光斑定位算法研究

发布时间：2017-10-14 01:05

  本文关键词：星地光通信中的信标成像光斑定位算法研究

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【摘要】：卫星光通信采用激光束作为信息载体,它具有频带宽、传输速率高、保密性好、功耗低等优点,在现代社会中具有广阔的发展前景,已成为各国的研究重点。在卫星光通信系统中,信标光的精确定位和快速捕获将直接影响激光通信链路的建立,因此研究高精度的光斑定位算法具有重要的意义。在卫星激光通信系统中瞄准、捕获、跟踪系统(PAT系统)是其核心技术,通过PAT系统捕获信标光是建立和维持激光通信链路的前提条件。若要完成信标光的快速捕获和稳定跟踪,应该快速准确找到探测器上光斑中心位置,最常用的光斑定位算法是灰度质心法。灰度质心法具有计算简单、快速等优点被广泛应用。由于星地激光链路中大气湍流的影响,导致成像光斑发生畸变给信标光捕获带来困难,对此提出了一种新的光斑定位算法,即邻域像素灰度拟合法。本文给出了邻域像素灰度拟合法的基本原理和具体计算公式。邻域像素灰度拟合法是通过光斑图像中相邻像素灰度相关性来求光斑位置信息,因此当光斑灰度值数据波动较大时,该像素点的相关系数会变小,所以邻域像素灰度拟合法能够有效减弱大气湍流对光斑定位的干扰。尤其对于大气湍流影响下所形成的边缘光强分布较强、中间空洞的畸变光斑,相比于传统质心方法该方法能够更准确的求出光斑中心位置。本文在理论方面,分析了激光远场传输特性并通过Matlab进行仿真研究,基于Zernike多项式生成大气湍流相位屏,通过仿真得到激光在大气信道下传输的成像光斑。利用邻域像素灰度拟合法对光斑进行计算,验证算法的准确性和可靠性。进行了11.16km激光远距离传输实验,利用本文提出的邻域像素灰度拟合法对信标光斑进行精确定位计算,验证算法的有效性。
【关键词】：卫星光通信 光斑定位算法 相关系数 质心算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 国外卫星光通信研究现状10-13
• 1.2.2 国内卫星光通信研究现状13-14
• 1.2.3 光斑定位算法研究现状14-15
• 1.3 国内外文献综述15-16
• 1.4 论文主要研究内容16-18
• 第2章 邻域像素灰度拟合法的基本原理18-30
• 2.1 激光远距离传输的光场分布18-20
• 2.2 光斑定位算法的基本原理20-25
• 2.2.1 质心法基本原理20-21
• 2.2.2 拟合法基本原理21-24
• 2.2.3 插值法基本原理24-25
• 2.3 邻域像素灰度拟合法的基本原理25-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 邻域像素灰度拟合法的仿真研究30-45
• 3.1 理想光斑仿真研究30-32
• 3.2 噪声光斑仿真研究32-38
• 3.2.1 椒盐噪声对光斑定位的影响32-36
• 3.2.2 高斯噪声对光斑定位的影响36-38
• 3.3 大气湍流对成像光斑的仿真研究38-44
• 3.3.1 大气湍流基本理论38-39
• 3.3.2 大气湍流对光斑定位的影响39-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 模拟实验和数据分析45-58
• 4.1 室内模拟实验与数据处理45-48
• 4.1.1 实验装置及实验方案45-46
• 4.1.2 实验步骤46
• 4.1.3 实验数据处理与分析46-48
• 4.2 大气外场模拟实验与数据处理48-56
• 4.2.1 实验系统及实验方案48-51
• 4.2.2 实验步骤51-52
• 4.2.3 实验数据处理与分析52-56
• 4.3 本章小结56-58
• 结论58-60
• 参考文献60-66
• 致谢66

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本文编号：1028098