基于FPGA的信标光精细跟踪系统设计

介绍了精细跟踪系统的算法及硬件结构组成.以平均值平滑滤波法和质心法实现了对信标光斑定位,利用卡尔曼预测算法实现了具有自适应能力的递归跟踪算法.采用高帧频CMOS相机和高效的基于FPGA处理器的处理算法,实现了信标光的高精度实时跟踪及硬件系统.用外场激光无线通信实验验证了系统具有很好的实用价值.     

空间移动平台信标光的地面模拟捕获与跟踪实验

采用TMS320LF2407A与TMS320DM642的双(DSP)新颖设计,运用卡尔曼预测模型实现了一种新型空间移动平台光通信的信标光扫描、跟踪控制系统.详细论述了系统的硬件、软件设计,给出不同实验条件下的信标光捕获时间,并分析了信标光捕获时间误差和减少捕获时间误差的方法.地面模拟空间移动平台信标光捕获实验表明,信标光捕获与跟踪精度高、扫描速度快,该实验系统具有很好的实用价值.     

空间分集光通信的信标光切换设计

为了解决空间分集激光通信中信标光同步快速切换的问题,提出一种使用FPGA实现阵列信标光同步转换设计,解决了基于分集激光通信中多路信标光同步快速切换的问题。在此使用卡诺图编程方式,生成电机驱动时序,通过原理图编程方式设计多路粗精信标切换电路。实验结果表明,该方法实现了分集激光通信中多光路的协同工作,并有效地简化了传统信标光切换复杂的系统结构。     

基于目标预测跟踪技术的空间光通信实验研究

在空间光通信系统中,针对信标光在探测器焦平面中成像的像素数太小而导致信标光提取难度较大问题,提出采用目标预测跟踪算法实现信标光质心提取.详细介绍了基于预测跟踪的算法实现步骤及其软件实现流程,并在搭建的演示实验系统上进行了验证性实验.     

钠信标测光理论与实验研究

钠信标激光器与钠原子间的耦合效率是其性能评价的核心指标之一,为对钠信标激光器的激发效率实现精确测量,在云南丽江1.8 m望远镜上搭建了一套完整的激光钠信标测光系统,该系统由钠信标激光器、激光中继光路和激光发射望远镜、钠信标接收望远镜、钠原子激光雷达、大气视宁度测量仪等组成。自2011年以来利用该系统对中国科学院理化技术研究所20 W级百微秒脉冲激光器所产生的钠信标进行了相应的测量标定,成功得到了半高全宽最小为3'（对应到90 km高度处为1.3 m）的钠信标图像,并测量了在不同的出光功率、偏振状态和中心波长下钠信标的回光结果。实验中分析了滤光片、CCD量子效率曲线等在对钠信标测光时的影响,对所产生的钠信标回波光子数进行了精确标定,并提出了一种钠信标V星等的计算方法;在19 W出光功率,圆偏光状态下获得了最亮的钠信标,其在大气层上空的光子数流量为9.55106 photonss-1m-2,对应7.4 V星等。     

空间光通信中GPS辅助快速捕获对准技术

基于GPS坐标解算空间光通信终端初始对准的方位角和俯仰角,实现了信标光的快速捕获对准.给出了GPS坐标解算算法,根据解算得到的角度和自身姿态信息计算二维转台的指向角,以此驱动转台快速指向目标.测试了不同调整角度的初始对准误差和时间.进行了外场捕获对准实验,并对实验数据进行了分析,结果表明该系统可以用于快速建立空间激光通信链路.     

实时高帧频信标光图像处理

信标光图像实时处理是完成空间光通信跟踪、捕获的一种过程.文中提出了一种改进的Otsu自适应阈值分割方法,对采集序列图像进行实时处理,提取潜在的信标光斑,后续图像处理引入感兴趣区读入技术,在感兴趣内对信标光图像进行处理.最后,比较了不同定位算法的跟踪结果,改进型Otsu克服了传统阚值分割信息不完备的缺陷,具有更强的抗噪能力、分割效果,实时性和定位精度均获得了满意的结果.     

基于空频域特征的白天星地信标光跟踪算法

提出了一种白天信标光图像跟踪算法。分析了太阳光反射进相机视场的噪声以及探测器噪声在空域和频域的特点,使用两个频域滤波器检测候选区域。研究结果表明,所提算法具有较高的精度、较快的速度以及较高的可靠性,可用于白天环境下星地信标光的跟踪探测。     

基于GPS的星地激光通信捕获对准研究

提出了基于GPS坐标解算实现星地激光通信捕获、跟踪和对准(ATP)初始捕获的方法。星地激光通信信标光跟踪系统通过对地面GPS坐标和卫星坐标的解算,得到地面光学天线的方位角和俯仰角,光学天线根据角度旋转对准信标光,从而将信标光引入粗跟踪CCD的视场。给出了GPS坐标解算算法和信标光方向角度随卫星坐标变化的仿真曲线。用二维电机进行了地面转台的捕获实验,对实验数据进行了捕获精度的分析,结果表明,通过GPS坐标解算能够快速地实现信标光的初始捕获。     

基于协议的信标快速提取有源实现

针对在强背景或假目标持续干扰的情况下,常规图像处理算法较难实现对信标进行准确快速提取的问题,提出了一种基于握手协议的APT信标快速识别系统,给出了系统的设计原理.提出一种基于图像边缘闭曲线拟合的虚警判据,能对潜在假目标进行准确的识剐判断.实验数据表明:在复杂背景和人工虚警干预情况下,系统能对信标光进行准确定位,具有一定的稳健性.     

自适应光学系统中人造信标的参数设计

信标的亮度和尺寸直接影响波前传感器的最终精度, 因此也影响了自适应光学系统对大气的矫正效果。给出了信标参数与自适应光学系统校正效果（斯特列尔比）之间的关系, 考虑信标在运动目标中的应用, 还给出了在自适应光学校正效果相同的情况下, 人造信标与合作信标之间的等效性关系。     

一种WPAN网络信标期融合改进方案

基于超宽带技术的ECMA标准采用分布式网络结构,是高速无线个域网理想的选择,本文针对该标准的信标期融合算法进行了研究,并利用无线个域网的信标时隙复用的特性,提出了一种改进的信标期融合方案,经过仿真验证,该方案可以大幅减少网络稳定所需时间,有效减少网络开销。     

城市环境VANETS下的基于beacon控制的路由方案

车载网络(Vehicular ad hoc networks,VANETs)是一种特殊形式的网络,具有节点高速移动、拓扑频繁的变化的特性。这些特性为消息的传播带来挑战。路由机制是实现消息传递的关键因素。地理位置路由被广泛地应用于VANETS,要求节点周期广播beacon消息。然而,节点周期地广播beacon消息,降低了路由性能,特别是在城市区域,由于节点密集,每个节点均广播beacon消息,恶化了路由性能。为此,针对城市环境,提出基于beacon控制的路由协议RPBC(Routing protocol with beacon control)。在RPBC中,并非每个节点广播beacon消息,而设置有效的机制选择部分节点广播,从而降低了beacon冗余,同时,采用最短路径算法,减少数据传输跳数。仿真结果表明,提出的RBPC在分组投递率、端到端传输时延以及路由开销方面均有较好的性能。     

一种高效低时延的宽带电力线通信网多跳MAC协议

针对IEEE1901.1宽带电力线通信媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议涉及到信标时隙利用不充分和控制开销过大等问题,提出了一种高效低时延的宽带电力线通信网多跳MAC协议(Efficient and Low Delay Multi-hop MAC,ELDM-MAC).采用基于节点层级...     

Autonomous and adaptive beaconing strategy for multi‐interfaced wireless mobile nodes

Ad hoc wireless communications rely on beaconing to manage and maintain several network operations and to share relevant network parameters among network nodes. Beacon frames are sent at the start of each beacon interval. The frequency of beaconing depends on whether beacon intervals are fixed size or may be adapted and regulated according to the perceived network and workload conditions. On the other hand, current mobile nodes usually embed several heterogeneous wireless interfaces that urge the design of an adaptive beaconing strategy. In this paper, we propose an autonomous and adaptive beaconing strategy for multi‐interfaced mobile wireless nodes that is capable of regulating the beacon interval size dynamically according to the perceived network conditions. The proposed strategy is based on a joint dynamic estimation of both the announcement traffic indication message (ATIM) window and the beyond‐ATIM window sizes for each beacon interval. Extensive simulations were conducted using OMNeT++ to ascertain the improvements achieved by autonomously regulating the entire beacon interval to take into account the network and workload conditions. Obtained results showed that the two proposed approaches improve significantly the efficiency of the network in terms of throughput, end‐to‐end delay, and power consumption. The proposed fixed beacon interval (fixed‐BI) approach stands as an enhanced version of the power‐saving multi‐channel MAC protocol (PSM‐MMAC). The proposed variable beacon interval (variable‐BI) approach, which regulates dynamically both of the ATIM and the beyond‐ATIM windows, outperforms both the fixed‐BI and the PSM‐MMAC. In particular, under nominal traffic loads, the end‐to‐end delay of the variable‐BI is much lower than those provided by the fixed‐BI and PSM‐MMAC. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Range-Free Mobile Sensor Localization and a Novel Obstacle Detection Technique

Mobile sensor localization is a challenging problem in wireless sensor networks. Due to mobility, it is difficult to find exact position of the sensors at any time instance. The aim of localization is to minimize positioning errors of the mobile sensors. In this paper we propose two range-free distributed localization algorithms for mobile sensors with static anchors. Both the algorithms depend on selection of beacon points. First we assume that mobile sensors move straight during localization which helps us to provide an upper bound on localization error. Certain applications may not allow sensors to move in a straight line. Obstacles may also obstruct path of sensors. Moreover beacon point selection becomes difficult in presence of obstacles. To address these issues, we propose another localization algorithm with an obstacle detection technique which selects correct beacon points for localization in presence of obstacles. Simulation results show improvements in performance over existing algorithms.     

仪表着陆系统航向信标的分析与研究

根据仪表着陆系统中航向信标的工作原理,建立航向信标的数学模型,利用仿真工具Matlab实现航向信标的建模与仿真,分析航向信标辐射的信号波形.仿真结果显示航向信标模型符合理论要求,为仪表着陆系统的性能评估与运行堆护提供有价值的理论依据,同时为后续对航向信标的进一步研究提供参考.     

星载自适应光学系统的双导星信标理论研究

星载相机的波前畸变主要来源于两个部分:由于温度场、重力场变化引起的相机光学系统自畸变;由于大气湍流引起的波前误差。为获得高分辨率的图像,需要校正波前误差。提出一种对星载光学系统波前畸变进行有效探测的技术。星载激光器分时产生钠导星和瑞利导星,前者用于校正自畸变,后者用于校正大气湍流造成的波面像差。针对该方法对激光能量的要求,建立了双导星信标系统的数值模型,并进行仿真。结果表明,该方法对激光器的要求,在目前是可以实现的。该方法可以用于空间相机光学系统的波面畸变探测,从而为星载自适应光学的进一步研究提供依据。     

Research on adaptive beacon message broadcasting cycle based on vehicle driving stability

Ensuring smooth communication by fixed-cycle message beaconing in vehicular environments is necessary to address vehicles safety. However, fixed-cycle beacon messages cannot accommodate the characteristics of fast vehicle speeds and variable network topologies and can cause problems such as channel congestion when traffic density is too high. Therefore, in order to realize safe and reliable information transmission between vehicles, this paper proposes a strategy for adaptive update of beacon message cycle based on vehicle driving stability. It is based on two rules: one is that the vehicle position prediction error is defined as an unstable vehicle, and the small error is defined as a stable vehicle; and the other is that the adaptive beacon message cycle is ranged, which is determined according to the channel load capacity. The experimental results show that the strategy can effectively avoid the channel congestion problem and improve the driving safety of the vehicle. Compared with the fixed-cycle beacon message, the communication delay is reduced by about 10%, the packet loss is reduced by about 22%, and the energy consumption is reduced.     

瑞利信标非等晕性误差测量试验研究

人造信标为自适应光学大气湍流校正提供信标光源，在天文望远镜、激光传输领域可发挥重要作用，但也存在着一些无法克服的局限性，非等晕性误差就是其一。世界各国对非等晕性误差开展了大量的理论研究工作，但鲜有实际测量试验的公开报道。提出了非等晕性误差的测量方法，详细介绍了自主研发的人造信标非等晕性误差测量系统，采用两路高灵敏度EMCCD构成哈特曼波前传感器同时测量瑞利信标回光波前与自然星回光波前，分别开展了8耀18km高度瑞利信标聚焦非等晕性误差测量试验、12km 信标高度0~100rad偏角瑞利信标非等晕性误差测量试验，并获取了较为准确的测试结果。