空間光通信APT光斑檢測算法研究

馬艷芳

摘要：在空間激光通信系統(tǒng)中，跟蹤系統(tǒng)的精度受光斑質(zhì)心選取的位置和脫靶量計算的準(zhǔn)確性影響。為了提高檢測精度和抗干擾性能，本文對比分析了幾種常用光斑檢測方法，同時得出了各算法的適用條件。

關(guān)鍵詞：空間光通信；APT；光斑檢測

中圖分類號：TN929.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0115-02

1 引言

在光斑跟蹤系統(tǒng)中，在計算機(jī)完成處理和分析光電傳感器獲得的圖像信號后，需要在空間中完成對信標(biāo)光斑的粗跟蹤，然后進(jìn)行光斑目標(biāo)在每一個捕獲幀中偏移量的計算，利用計算結(jié)果改變天線軸的旋轉(zhuǎn)角度，以完成通信雙方的瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤。為了能夠在通信期間一直保持跟蹤鏈路，要利用光學(xué)傳感器實時、準(zhǔn)確地找到捕獲到的光斑圖像的質(zhì)心，并且計算出通過算法找到的位置與標(biāo)準(zhǔn)位置之間的差值，然后后臺總控制器就能利用計算得到的差值對跟蹤進(jìn)行校正，這樣信標(biāo)光束才能夠正確地找到并指向另一側(cè)[1]。本文就跟蹤常用的質(zhì)心法，Hough變換法和圓擬合法三種算法從不同方面進(jìn)行了對比分析。

3 實驗及結(jié)果分析

為了驗證采取不同算法對跟蹤瞄準(zhǔn)精度的影響，模擬信標(biāo)發(fā)射模塊和信標(biāo)接收模塊，在學(xué)校實驗室進(jìn)行了光斑跟蹤仿真模擬的實驗。其中搭建的模擬發(fā)射模塊包括了光擺部件、信標(biāo)發(fā)射部件和擴(kuò)束部件；搭建的模擬接收模塊包括了控制系統(tǒng)、粗精跟蹤系統(tǒng)等[2]。

首先需要初步調(diào)試光斑跟蹤過程中粗跟蹤系統(tǒng)部分，為了在粗跟蹤的視場中心觀察到信標(biāo)光斑的中心點，要讓粗跟蹤捕獲到成像的所有光斑點能夠滿足4×4像元的條件，使粗跟蹤視場維持在10 mrad左右；然后去調(diào)試精跟蹤系統(tǒng)部分，為了在精跟蹤的視場中心觀察到成像光斑的中心點，要盡量使精跟蹤視場在500 urad左右[3]。計算機(jī)仿真了這幾種跟蹤算法，根據(jù)光斑的不同成像質(zhì)量，采取了不同算法，對比了各種算法的跟蹤瞄準(zhǔn)精度以及算法消耗時間等，結(jié)果如圖1所示。

4 結(jié)語

質(zhì)心算法是比較傳統(tǒng)的檢測算法，它的優(yōu)點不僅包括對于硬件系統(tǒng)整體要求低，且不需要復(fù)雜的計算，而且還可以得到很高的精度，在簡單背景情況和中、弱湍流影響情況中比較有效果。Hough檢測方法比較適合激光掃描大型曲面測量中應(yīng)用，該方法的優(yōu)點是魯棒性高，尤其是在檢測圓形光斑的中心時更有效。圓擬合算法利用了最小二乘法的原理，通過不斷的減少和實際光斑輪廓的差距，使其不但具有能快速檢測出光斑的中心的能力，甚至還可以在某些特定條件下檢測出半徑大小小至亞像素級別的激光光斑。

參考文獻(xiàn)

[1]楊帆.空間激光通信APT系統(tǒng)光斑檢測技術(shù)研究[D].長春理工大學(xué)，2010.

[2]姚楠.空間激光通信系統(tǒng)中目標(biāo)跟瞄算法研究[D].長春理工大學(xué)，2007.

[3]張思維.自由空間激光通信APT分系統(tǒng)的跟蹤算法的研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2006.

Abstract：In space laser communication system， the accuracy of the tracking system will be directly affected by the selection of spot centroid position and the accuracy of miss distance calculation. This paper compares and analyzes several commonly used spot detection methods， and obtains the applicable conditions of each algorithm.

Key Words：space laser communication；APT；spot detectionendprint