發(fā)布時間：2021-10-27 02:37

　　在深空光通信過程中,瞄準捕獲跟蹤（PAT）系統(tǒng)需要對信標的位置進行定位,以建立和保持航天器光通信終端與地面站之間的聯(lián)系。相對于近地軌道距離的衛(wèi)星光通信而言,深空光通信的鏈路距離更遠,采用傳統(tǒng)的地面發(fā)射信標光作為定位信標的方式由于激光器功率有限,在深空距離下衰減嚴重,實現(xiàn)難度大成本高,因此采用自然天體圖像作為信標的方式受到關注。本論文針對采用地球等能在探測器上成一定大小的天體作為信標圖像的方式,對信標圖像精確定位問題進行研究。本文通過建立深空光通信下信標圖像模型,分析了深空光通信定位流程。對定位算法進行設計,針對圖像的特點,基于信標圖像特征進行定位�？紤]到深空光通信距離遠,目標信標小,不確定區(qū)域大等問題,采用粗定位和精定位結合的方式。首先根據(jù)圖像邊緣特征信息進行粗定位,在不確定區(qū)域中定位目標后縮小視場提高信標圖像分辨率,根據(jù)信標圖像的細節(jié)特征進行定位。采用特征點匹配的方式,對圖像進行跟蹤定位。對天體的自轉影響進行了討論,基于幾何變換與坐標的映射關系,分析了天體自轉對于圖像變換的影響,通過對仿真圖像以及實際實驗圖像進行算法測試,驗證了定位算法的可行性,能夠對信標圖像進行精確定位。對于深空光... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

信標跟蹤系統(tǒng)示意圖[6]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-案需要航天器具有精準的地球時間信息（1秒內(nèi)），以便從地球幾何中心確定地面接收器，如圖1-2所示為其裝置示意圖。同時對云層紅外圖像進行了分析[9]。圖1-2長波紅外信標系統(tǒng)結構示意圖[9]美國原本計劃于2009年將火星激光通信演示系統(tǒng)（MLCD）搭載在火星電信軌道器（MTO）上，雖然MLCD計劃已成功通過初步設計評審，但由于經(jīng)費等問題，MTO發(fā)射計劃于2005年被取消[10,11]。2013年NASA又開展了月球激光通信演示（LLCD）計劃[11,12]，搭載在月球大氣和塵埃環(huán)境探測器（LADEE）上飛行，實現(xiàn)了月球對地40萬千米的長距離激光通信，其捕獲探測器是一個象限探測器，視場大約為2mrad。它既用于檢測掃描的上行鏈路信號，也用作跟蹤傳感器，用于初始引入該信號。探測器及通信終端結構如圖1-3所示。圖1-3探測器及通信終端結構示意圖[11]2020年歐洲空間局（ESA）計劃發(fā)射一顆衛(wèi)星執(zhí)行AsteroidImpactMission（AIM）計劃[11]，其將搭載深空激光通信終端OPTEL-D進行深空光通信，回傳行星圖像信息，其內(nèi)部加入慣性偽星參考單元（IPSRU），其發(fā)射光束與從地球發(fā)射的信標光疊加以消除平臺震動，提高終端下行指向能力。如圖1-4所示為OPTEL-D終端信標捕獲跟蹤系統(tǒng)示意圖，在最長的鏈路距離處，地球背景比接收的光功率高出近10dB。因此，其上行鏈路激光器采用慢調(diào)制以區(qū)分背

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-案需要航天器具有精準的地球時間信息（1秒內(nèi)），以便從地球幾何中心確定地面接收器，如圖1-2所示為其裝置示意圖。同時對云層紅外圖像進行了分析[9]。圖1-2長波紅外信標系統(tǒng)結構示意圖[9]美國原本計劃于2009年將火星激光通信演示系統(tǒng)（MLCD）搭載在火星電信軌道器（MTO）上，雖然MLCD計劃已成功通過初步設計評審，但由于經(jīng)費等問題，MTO發(fā)射計劃于2005年被取消[10,11]。2013年NASA又開展了月球激光通信演示（LLCD）計劃[11,12]，搭載在月球大氣和塵埃環(huán)境探測器（LADEE）上飛行，實現(xiàn)了月球對地40萬千米的長距離激光通信，其捕獲探測器是一個象限探測器，視場大約為2mrad。它既用于檢測掃描的上行鏈路信號，也用作跟蹤傳感器，用于初始引入該信號。探測器及通信終端結構如圖1-3所示。圖1-3探測器及通信終端結構示意圖[11]2020年歐洲空間局（ESA）計劃發(fā)射一顆衛(wèi)星執(zhí)行AsteroidImpactMission（AIM）計劃[11]，其將搭載深空激光通信終端OPTEL-D進行深空光通信，回傳行星圖像信息，其內(nèi)部加入慣性偽星參考單元（IPSRU），其發(fā)射光束與從地球發(fā)射的信標光疊加以消除平臺震動，提高終端下行指向能力。如圖1-4所示為OPTEL-D終端信標捕獲跟蹤系統(tǒng)示意圖，在最長的鏈路距離處，地球背景比接收的光功率高出近10dB。因此，其上行鏈路激光器采用慢調(diào)制以區(qū)分背

【參考文獻】：
期刊論文
[1]深空月地激光高速信息傳輸技術[J]. 譚立英,孫征虎.  深空探測學報. 2019(06)
[2]深空光通信接收方案的改進及誤碼性能分析[J]. 向勁松,王應,祁權,喬婉珍.  光電子·激光. 2019(04)
[3]空間激光通信最新進展與發(fā)展趨勢[J]. 高鐸瑞,李天倫,孫悅,汪偉,胡輝,孟佳成,鄭運強,謝小平.  中國光學. 2018(06)
[4]火星探測“競技場”[J]. 鄭永春.  中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè). 2016(19)
[5]高信噪比星載CCD成像電路系統(tǒng)[J]. 鄭亮亮,金光,曲宏松,吳勇.  光學精密工程. 2016(08)
[6]火星探測發(fā)展歷程與未來展望[J]. 于登云,孫澤洲,孟林智,石東.  深空探測學報. 2016(02)
[7]基于Hough一維變換的直線檢測算法[J]. 張振杰,郝向陽,劉松林,程傳奇.  光學學報. 2016(04)
[8]空間遙感測繪光學系統(tǒng)研究綜述[J]. 鞏盾.  中國光學. 2015(05)
[9]空間光通信發(fā)展歷程及趨勢[J]. 白帥,王建宇,張亮,楊明冬.  激光與光電子學進展. 2015(07)
[10]太陽系探測的發(fā)展趨勢與科學問題分析[J]. 鄭永春,歐陽自遠.  深空探測學報. 2014(02)

博士論文
[1]空間相干光通信終端光學系統(tǒng)研究[D]. 趙意意.中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所) 2015
[2]寬視場大面陣CCD相機圖像采集與處理系統(tǒng)研究[D]. 張宇.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2010

碩士論文
[1]深空光通信瞄準捕獲跟蹤擴展信標算法的FPGA硬件實現(xiàn)[D]. 李長江.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[2]用于深空激光通信ATP的定位方法研究[D]. 李云偉.重慶大學 2009



本文編號：3460699