一种提高空间光通信APT中CCD分辨率的新方法研究

为了提高空间光通信APT过程中光束跟瞄的精度,经过分析提出了利用CCD的多次采样处理来提高探测器CCD的空间分辨率,经过对该多次采样理论的计算机模拟证实了该方法的可行性。     

高速高清CCD自适应相关双采样技术

相关双采样技术被广泛地应用于CCD 视频采集,能够有效地消除复位噪声,白噪声等CCD输出噪声。但是当CCD 工作在高帧频状态下,需要高速的输出数据,由于像素时钟较快会出现采样位置不稳的情况。文中采用自适应相关双采样技术,可以自适应地调整采样脉冲的相位,使相关双采样的两个采样脉位于合理的采样位置,能够正确地采集像素信息。采用自适应调整CCD 相关双采样位置的技术,能使高清高速CCD 在像素频率很高的情况下,也能稳定地工作,输出高质量的图像。     

激光CCD自准直仪圆目标中心抗噪声精确定位方法

为满足高精度计量和方位瞄准跟踪系统的发展对激光CCD自准直仪测量精度的要求,提出一种基于正交傅里叶-梅林矩的激光CCD自准直仪圆目标中心抗噪声精确定位方法。首先利用正交傅里叶-梅林矩(OFMM)的幅值旋转不变性和更低径向矩阶数在充分提取图像边缘细节信息的同时抑制图像噪声的影响,通过对图像边缘旋转后垂直方向上不同阶次的正交傅里叶-梅林矩之间关系的分析将圆目标轮廓定位至亚像素级,然后采用最小二乘拟合方法实现圆目标中心的精确定位。结果表明,该方法稳定性好,定位精度高且抗干扰能力强,改进后的激光CCD自准直仪的测量分辨力提高了10倍,测量精度由2″提高到±0.18″,可有效满足在小角度测量和瞄准等领域的高精度测量需要。     

数模转换器分辨率对捕获、跟踪、瞄准系统跟踪精度的影响

在介绍捕获、跟踪、瞄准(ATP)精跟踪子系统结构、控制原理及控制算法的基础上,通过搭建半物理模型来分析不同分辨率数模转换器对应的跟踪性能,分别对同一位置光束与加入扰动后的光束进行跟踪对比实验。结合精跟踪控制系统的信号传输,分析不同分辨率的数模转换器对ATP系统跟踪精度的影响。实验结果表明,数模转换器的分辨率越高,ATP系统的跟踪性能就越好;使用14位数模转换器时,继续增加分辨率,ATP系统的跟踪精度没有得到显著提升。对跟踪后的光斑质心信号进行频谱分量统计,发现干扰抑制带宽之外的频段内数模转换器的分辨率与其对应的频谱分量成正比,因此需要进一步提高精跟踪系统的干扰抑制带宽来实现更高精度的跟踪。     

极紫外光子计数成像探测器采集电路的研制

为了使极紫外光子计数成像探测器能够高速采集数据并显示光子位置信息,研制了一款数据采集电路系统。分析了基于感应电荷楔条形位置灵敏阳极光子计数成像探测器的成像原理,选用符合性能要求的模数(A/D)转换芯片,在现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片的控制下对去除峰值保持电路模块的模拟信号进行采样和转换。FPGA将接收到的数字信号处理以后通过USB数据传输系统发送给计算机,上位机软件再进行解包、计算和成像等工作,将光子的位置图像显示出来。最后对所成图像的线性度和分辨率进行鉴定。实验结果表明,该电路系统具有最高为2 MHz的采样速度和3路同步采样能力,并且在没有峰值保持电路的情况下采集到的图像仍具有很好的线性度和高达5 lp/mm的空间分辨率。能快捷准确地完成数据采集和绘图成像,满足极紫外探测器对采集电路的性能要求。     

探测器条状噪声对精跟踪系统光斑定位的影响

捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器在不同噪声下对精跟踪系统进行光斑位置定位的影响不同。分析了探测器条状噪声的来源,理论推导了条状噪声对质心算法的影响。采用阈值质心算法对含有条状噪声和椒盐噪声的图像进行光斑定位,仿真分析了不同阈值、不同光斑图像信噪比下X轴和Y轴的光斑定位偏差,对比了X轴和Y轴的光斑定位精度。仿真结果表明,沿Y轴方向延伸的条状噪声使得X轴光斑定位精度优于Y轴。实验分别测试了不同系统配置、不同干扰幅度下精跟踪系统X轴和Y轴的跟踪精度。实验结果表明,对于两个正交轴对称的精跟踪系统,X轴的跟踪精度优于Y轴,从而验证了条状噪声的存在使得X轴的光斑定位精度优于Y轴的结论,实验结果和仿真分析结果相符。     

基于焦面阵列FPA(CCD)探测器的捕获、跟踪和瞄准系统研究

对国内外近年已研制出的多种捕获、跟踪、瞄准系统(ATP)的基本结构进行了分析研究,并围绕基于焦面阵列FPA(CCD)探测器的ATP光路图、ATP发射/捕获协议、ATP发射/捕获方法等,引入提出了一系列最新技术实现方法,为进一步的实验及产品研究提供了基础。     

基于面阵CCD的运动物体瞬时位置的研究

介绍一种应用到星座相对运动的跟踪上的基于面阵CCD图像传感器和计算机技术对运动物体的实时位置进行非接触测量的原理和方法。采用计算机控制面阵CCD捕获图像并进行处理,通过Visual C 语言实现图像的实时显示,并将得到的结果由串口输出到单片机控制步进电机进行跟踪。在系统中创新地通过采用多线程以及非阻塞通信处理技术,提高系统运行效率,实验证明该跟踪方法的有效性。     

基于反馈调节的闪烁脉冲稀疏量化电平方法

PET探测器采用SQL采样电路对闪烁脉冲进行处理,可固定量化电平。零点噪声引起的电平翻转导致电压比较器长时间非正常发热,无法设置较低的量化电平,限制了探测器符合时间分辨率的提高。文中提出一种基于反馈调节的闪烁脉冲处理方法,该方法通过使用三极管饱和状态下的开关特性,对SQL量化样本进行反馈调节。利用延迟元件对量化样本进行延迟同步,产生可以随样本逻辑电平变化的量化电平,避免了零点噪声对SQL采样电路的影响。实验结果表明,在相等时间内,优化的SQL采样电路的采样量比原SQL采样电路的采样量减少了29%,符合时间分辨率提升了179.3 ps,有效减少了PET探测器无用功耗,提高了PET系统的符合时间分辨率。     

头位跟踪系统中摄像机标定技术的研究

在头位跟踪的摄像机标定中,传统的线性模型标定精度低,不能精确获得头部位置参数.系统利用CCD摄像机,结合摄像机模型,考虑摄像机镜头的径向畸变,求出三角形的三个顶点的像素坐标,由此确定瞄准线的空间位置,进而求出方位角、俯仰角.通过实验比较了线性模型和畸变模型在三维重建中的误差,结果表明该考虑径向畸变的模型与线性模型相比精度上提高了30%.     

大气激光通信中稳定跟踪器件及算法研究

在大气激光通信中捕获对准跟踪(APT)是通信成功的前提。对空间激光通信中的捕获对准跟踪系统常用的两种光束定位探测器件CCD和四象限光电探测器(QD)的特性进行了深入分析,研究了影响大气激光通信跟踪系统性能的5种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理及对应仿真结果。结合大气湍流和探测器,针对质心跟踪算法和形心跟踪算法进行深入分析,得到并实验验证了在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论。     

基于CCD像元细分的空间光通信定位研究

在APT系统的对准误差中,定位引起的误差起决定性的作用。CCD的像元分辨力是影响定位精度的主要因素。研究了在如何保持现有硬件条件不变的情况下,通过软件插值的方法实现CCD像元细分,克服传统的质心算法所带来的系统误差。通过实验验证,采用像元细分后,标准差减小了59.4%。     

基于参数域映射及B样条插值的三维重构方法

利用单目CCD图像进行物体表面非接触测量的核心是基于单幅图像的三维重构技术,常采用由阴影恢复形状(SFS)的方法实现三维重构。当图像分辨率较低时,通过由阴影恢复形状的方法重构的三维表面模型其分辨力较差,无法满足实际要求。为此提出了一种基于参数域映射及B样条插值的三维重构方法。采用B样条插值技术对图像进行放大处理,通过像素的参数域映射减小图像的失真及高频信息的丢失,根据放大后图像的灰度信息重构物体的三维表面模型。实验表明,基于参数域映射及B样条技术的图像插值方法很好地保护了图像的细节,利用该方法进行三维重构能够有效改善重构模型的分辨力和光顺性,为提高三维表面非接触测量精度创造了条件。     

哈特曼与CCD传感器信标光轴精密定位对比

捕获、对准和跟踪是大气激光通信系统的核心技术,信标光轴的精密对准可提高通信的稳定性和降低通信误码率.信标光轴的对准主要是对大气激光通信中光束到达角的计算,应用传统的CCD传感器的光斑质心算法,在强湍流的扰动下已经无法准确地测量光束的到达角;提出了应用哈特曼传感器对波前进行探测,采用Zernike多项式模式法重构波前实时...     

基于优先级调度策略的应急照明监控系统

针对目前大规模应急照明监控系统485通信调度过程中存在的耗时长、效率低问题,对此提出基于优先级的通信调度策略。该策略通过设置不同优先级,引入排序算法来提高系统485的通信效率。排序算法可根据不同的波特率和数据位数对消息排序以减少系统通信配置次数进而缩短通信时间。基于提出的优先级调度策略使用Qt/Embedded和Sqlite数据库等工具开发了一套触摸屏应急照明监控系统。该系统能够正常运行并提高了应急照明监控系统通信速度。经过仿真验证,基于优先级排序算法调度策略提高通信速度是可行的。实际应用中,阜阳应急照明监控系统的正常运行也证实了此方法可行有效。     

用像元重叠采样提高CCD成像分辨率的方法

使用两种电子变焦方法,进行了不同空间分辨率、不同环境条件下图像的模拟。通过 对两种模拟方法效果的比较,提出一种提高CCD成像分辨率的方法,在不改变CCD像元尺寸的前提下,使各相邻像元对应的地面采样目标进行部分重叠,达到提高CCD成像分辨率的目的。     

条纹管成像激光雷达条纹数据提取算法

条纹管成像激光雷达(STIL)是一种新型闪光式激光成像雷达,具有大视场、高分辨率、高帧频等优点,其条纹数据的准确提取是后期目标图像三维重构的关键,现有的峰值探测法忽略了噪声与CCD采样误差对目标条纹数据偏差的影响,在提取条纹数据时存在较大的误差。针对其影响并基于对特定回波波形及理论回波波形的分析,提出了一种新的条纹数据提取算法,不但能够有效降低噪声和CCD采样误差对条纹数据提取的偏差,更能够方便地去除系统的整体综合噪声。为验证该算法的准确性,设计了阶梯目标成像实验,实验结果表明该方法可以明显提高条纹管成像激光雷达条纹数据提取的精度。     

CCD图像传感器电极间漏电流自动化测试系统设计

CCD图像传感器电极间漏电流是反映CCD器件可靠性的一个关键参数,在CCD图像传感器的生产过程中,对其电极间漏电流测试是一个重要的检测筛选环节。基于一种漏电流自动化测试方法,设计了一种CCD电极间漏电流自动化测试系统。该系统可根据不同种类CCD器件,自定义被测信号名称、测试通道地址和测试判据,通过计算机软件控制自动循环扫描,自动采集漏电电流数据,形成标准测试报表。该系统具有设置灵活、操作方便、自动化测试等优点,可有效提升CCD生产检查筛选过程中的测试效率和测试设备的通用性。     

光锥CCD耦合器件对提高CCD成像分辨率的探讨

成像分辨率是评价CCD成像系统的主要技术指标.提高成像分辨率可以改变CCD的成像性能.本论文以实验的方法验证了倒置光锥CCD耦合器件可提高CCD成像分辨率,同时与正置光锥CCD耦合器件实验结果对比,分别绘制了与非耦合器件的对比传递函数(CTF)曲线,直观地表示出了二者关系,与理论分析结果相吻合.     

星地光通信发展状况与趋势

星地之间日益增长的高数据率和大通信容量的通信需求，必须用光通信来实现。否则卫星光网与光纤光网之间将形成传输“瓶颈”，限制通信的发展。美国的激光通信演示系统、光通信演示和高速率链路设备、空间技术研究卫星2实验、同步轨道轻量技术实验、火星激光通信演示系统，日本的激光通信实验装置等均对星地光通信进行了有成效的探索。中国也在跟瞄（APT）、光相控阵和新型星地通信等研究方面不断探索。如何提高跟瞄系统的性能，如何克服空同大气影响，如何将数据传输率提高到每桫吉比特并实现低误码率，如何使卫星与地面光纤网相连将是未来星地光通信的发展趋势。