深空光通信信标精确定位算法研究
发布时间：2021-10-27 02:37
在深空光通信过程中,瞄准捕获跟踪（PAT）系统需要对信标的位置进行定位,以建立和保持航天器光通信终端与地面站之间的联系。相对于近地轨道距离的卫星光通信而言,深空光通信的链路距离更远,采用传统的地面发射信标光作为定位信标的方式由于激光器功率有限,在深空距离下衰减严重,实现难度大成本高,因此采用自然天体图像作为信标的方式受到关注。本论文针对采用地球等能在探测器上成一定大小的天体作为信标图像的方式,对信标图像精确定位问题进行研究。本文通过建立深空光通信下信标图像模型,分析了深空光通信定位流程。对定位算法进行设计,针对图像的特点,基于信标图像特征进行定位。考虑到深空光通信距离远,目标信标小,不确定区域大等问题,采用粗定位和精定位结合的方式。首先根据图像边缘特征信息进行粗定位,在不确定区域中定位目标后缩小视场提高信标图像分辨率,根据信标图像的细节特征进行定位。采用特征点匹配的方式,对图像进行跟踪定位。对天体的自转影响进行了讨论,基于几何变换与坐标的映射关系,分析了天体自转对于图像变换的影响,通过对仿真图像以及实际实验图像进行算法测试,验证了定位算法的可行性,能够对信标图像进行精确定位。对于深空光...
【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】：
信标跟踪系统示意图[6]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-案需要航天器具有精准的地球时间信息（1秒内），以便从地球几何中心确定地面接收器，如图1-2所示为其装置示意图。同时对云层红外图像进行了分析[9]。图1-2长波红外信标系统结构示意图[9]美国原本计划于2009年将火星激光通信演示系统（MLCD）搭载在火星电信轨道器（MTO）上，虽然MLCD计划已成功通过初步设计评审，但由于经费等问题，MTO发射计划于2005年被取消[10,11]。2013年NASA又开展了月球激光通信演示（LLCD）计划[11,12]，搭载在月球大气和尘埃环境探测器（LADEE）上飞行，实现了月球对地40万千米的长距离激光通信，其捕获探测器是一个象限探测器，视场大约为2mrad。它既用于检测扫描的上行链路信号，也用作跟踪传感器，用于初始引入该信号。探测器及通信终端结构如图1-3所示。图1-3探测器及通信终端结构示意图[11]2020年欧洲空间局（ESA）计划发射一颗卫星执行AsteroidImpactMission（AIM）计划[11]，其将搭载深空激光通信终端OPTEL-D进行深空光通信，回传行星图像信息，其内部加入惯性伪星参考单元（IPSRU），其发射光束与从地球发射的信标光叠加以消除平台震动，提高终端下行指向能力。如图1-4所示为OPTEL-D终端信标捕获跟踪系统示意图，在最长的链路距离处，地球背景比接收的光功率高出近10dB。因此，其上行链路激光器采用慢调制以区分背
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-案需要航天器具有精准的地球时间信息（1秒内），以便从地球几何中心确定地面接收器，如图1-2所示为其装置示意图。同时对云层红外图像进行了分析[9]。图1-2长波红外信标系统结构示意图[9]美国原本计划于2009年将火星激光通信演示系统（MLCD）搭载在火星电信轨道器（MTO）上，虽然MLCD计划已成功通过初步设计评审，但由于经费等问题，MTO发射计划于2005年被取消[10,11]。2013年NASA又开展了月球激光通信演示（LLCD）计划[11,12]，搭载在月球大气和尘埃环境探测器（LADEE）上飞行，实现了月球对地40万千米的长距离激光通信，其捕获探测器是一个象限探测器，视场大约为2mrad。它既用于检测扫描的上行链路信号，也用作跟踪传感器，用于初始引入该信号。探测器及通信终端结构如图1-3所示。图1-3探测器及通信终端结构示意图[11]2020年欧洲空间局（ESA）计划发射一颗卫星执行AsteroidImpactMission（AIM）计划[11]，其将搭载深空激光通信终端OPTEL-D进行深空光通信，回传行星图像信息，其内部加入惯性伪星参考单元（IPSRU），其发射光束与从地球发射的信标光叠加以消除平台震动，提高终端下行指向能力。如图1-4所示为OPTEL-D终端信标捕获跟踪系统示意图，在最长的链路距离处，地球背景比接收的光功率高出近10dB。因此，其上行链路激光器采用慢调制以区分背
【参考文献】：
期刊论文
[1]深空月地激光高速信息传输技术[J]. 谭立英,孙征虎. 深空探测学报. 2019(06)
[2]深空光通信接收方案的改进及误码性能分析[J]. 向劲松,王应,祁权,乔婉珍. 光电子·激光. 2019(04)
[3]空间激光通信最新进展与发展趋势[J]. 高铎瑞,李天伦,孙悦,汪伟,胡辉,孟佳成,郑运强,谢小平. 中国光学. 2018(06)
[4]火星探测“竞技场”[J]. 郑永春. 中国战略新兴产业. 2016(19)
[5]高信噪比星载CCD成像电路系统[J]. 郑亮亮,金光,曲宏松,吴勇. 光学精密工程. 2016(08)
[6]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[7]基于Hough一维变换的直线检测算法[J]. 张振杰,郝向阳,刘松林,程传奇. 光学学报. 2016(04)
[8]空间遥感测绘光学系统研究综述[J]. 巩盾. 中国光学. 2015(05)
[9]空间光通信发展历程及趋势[J]. 白帅,王建宇,张亮,杨明冬. 激光与光电子学进展. 2015(07)
[10]太阳系探测的发展趋势与科学问题分析[J]. 郑永春,欧阳自远. 深空探测学报. 2014(02)
博士论文
[1]空间相干光通信终端光学系统研究[D]. 赵意意.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[2]宽视场大面阵CCD相机图像采集与处理系统研究[D]. 张宇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
硕士论文
[1]深空光通信瞄准捕获跟踪扩展信标算法的FPGA硬件实现[D]. 李长江.哈尔滨工业大学 2010
[2]用于深空激光通信ATP的定位方法研究[D]. 李云伟.重庆大学 2009
本文编号：3460699
【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】：
信标跟踪系统示意图[6]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-案需要航天器具有精准的地球时间信息（1秒内），以便从地球几何中心确定地面接收器，如图1-2所示为其装置示意图。同时对云层红外图像进行了分析[9]。图1-2长波红外信标系统结构示意图[9]美国原本计划于2009年将火星激光通信演示系统（MLCD）搭载在火星电信轨道器（MTO）上，虽然MLCD计划已成功通过初步设计评审，但由于经费等问题，MTO发射计划于2005年被取消[10,11]。2013年NASA又开展了月球激光通信演示（LLCD）计划[11,12]，搭载在月球大气和尘埃环境探测器（LADEE）上飞行，实现了月球对地40万千米的长距离激光通信，其捕获探测器是一个象限探测器，视场大约为2mrad。它既用于检测扫描的上行链路信号，也用作跟踪传感器，用于初始引入该信号。探测器及通信终端结构如图1-3所示。图1-3探测器及通信终端结构示意图[11]2020年欧洲空间局（ESA）计划发射一颗卫星执行AsteroidImpactMission（AIM）计划[11]，其将搭载深空激光通信终端OPTEL-D进行深空光通信，回传行星图像信息，其内部加入惯性伪星参考单元（IPSRU），其发射光束与从地球发射的信标光叠加以消除平台震动，提高终端下行指向能力。如图1-4所示为OPTEL-D终端信标捕获跟踪系统示意图，在最长的链路距离处，地球背景比接收的光功率高出近10dB。因此，其上行链路激光器采用慢调制以区分背
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-案需要航天器具有精准的地球时间信息（1秒内），以便从地球几何中心确定地面接收器，如图1-2所示为其装置示意图。同时对云层红外图像进行了分析[9]。图1-2长波红外信标系统结构示意图[9]美国原本计划于2009年将火星激光通信演示系统（MLCD）搭载在火星电信轨道器（MTO）上，虽然MLCD计划已成功通过初步设计评审，但由于经费等问题，MTO发射计划于2005年被取消[10,11]。2013年NASA又开展了月球激光通信演示（LLCD）计划[11,12]，搭载在月球大气和尘埃环境探测器（LADEE）上飞行，实现了月球对地40万千米的长距离激光通信，其捕获探测器是一个象限探测器，视场大约为2mrad。它既用于检测扫描的上行链路信号，也用作跟踪传感器，用于初始引入该信号。探测器及通信终端结构如图1-3所示。图1-3探测器及通信终端结构示意图[11]2020年欧洲空间局（ESA）计划发射一颗卫星执行AsteroidImpactMission（AIM）计划[11]，其将搭载深空激光通信终端OPTEL-D进行深空光通信，回传行星图像信息，其内部加入惯性伪星参考单元（IPSRU），其发射光束与从地球发射的信标光叠加以消除平台震动，提高终端下行指向能力。如图1-4所示为OPTEL-D终端信标捕获跟踪系统示意图，在最长的链路距离处，地球背景比接收的光功率高出近10dB。因此，其上行链路激光器采用慢调制以区分背
【参考文献】：
期刊论文
[1]深空月地激光高速信息传输技术[J]. 谭立英,孙征虎. 深空探测学报. 2019(06)
[2]深空光通信接收方案的改进及误码性能分析[J]. 向劲松,王应,祁权,乔婉珍. 光电子·激光. 2019(04)
[3]空间激光通信最新进展与发展趋势[J]. 高铎瑞,李天伦,孙悦,汪伟,胡辉,孟佳成,郑运强,谢小平. 中国光学. 2018(06)
[4]火星探测“竞技场”[J]. 郑永春. 中国战略新兴产业. 2016(19)
[5]高信噪比星载CCD成像电路系统[J]. 郑亮亮,金光,曲宏松,吴勇. 光学精密工程. 2016(08)
[6]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[7]基于Hough一维变换的直线检测算法[J]. 张振杰,郝向阳,刘松林,程传奇. 光学学报. 2016(04)
[8]空间遥感测绘光学系统研究综述[J]. 巩盾. 中国光学. 2015(05)
[9]空间光通信发展历程及趋势[J]. 白帅,王建宇,张亮,杨明冬. 激光与光电子学进展. 2015(07)
[10]太阳系探测的发展趋势与科学问题分析[J]. 郑永春,欧阳自远. 深空探测学报. 2014(02)
博士论文
[1]空间相干光通信终端光学系统研究[D]. 赵意意.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[2]宽视场大面阵CCD相机图像采集与处理系统研究[D]. 张宇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
硕士论文
[1]深空光通信瞄准捕获跟踪扩展信标算法的FPGA硬件实现[D]. 李长江.哈尔滨工业大学 2010
[2]用于深空激光通信ATP的定位方法研究[D]. 李云伟.重庆大学 2009
本文编号：3460699
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3460699.html
