用于深空激光通信ATP的定位方法研究

摘要

在深空探测中利用激光进行科学数据的回传是一种极具潜力的方式，但要在如此遥远的距离保持激光收发器的高精度对准颇有挑战性。在这个情况下，传统跟踪定位方法已经失效，因此研究适用于深空激光通信ATP系统的跟踪定位方法具有重要意义。
　　 本论文在研究各种传统快速相关方法的基础上，根据深空探测的激光通信ATP特征，选择地球图像的跟踪作为信标方案，提出了基于DFT和极大似然估计的宏像素相关法：先通过宏像素来确定地球目标区域，然后在目标域内利用离散傅立叶变换和极大似然估计来得到目标位置。
　　 本论文定义了有效像素比r概念，并利用它分析了噪声对确定地球图像目标区域的影响，得到了高精度、强抗噪声能力的最小宏像素和确定宏像素目标的限制操作。对目标占16pixels×16pixels左右，大小为512pixels×512pixels的地球图像，选择像素大小为36pixels，目标宏像素扩大2pixels区域，在SNR为5dB时，r值达到1。
　　 对于地球目标的精确定位，我们采用了DFT和极大似然估计法。该方法计算地球信标图像的平移，需要解一个非线性方程组。线性近似计算表明平移量总误差在0.5个像素以内，X方向的平移误差为3.2％，Y方向的平移误差为2.75％。当捕获的地球信标图像信噪比为1时，信标图像大小越接近参考图像时，计算得到的信标图像中心位置和信标图像实际中心位置几乎一致。
　　 实验结果表明，基于DFT和极大似然估计的宏像素相关法，定位误差最大0.115μrad，完全满足跟踪定位的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1卫星激光通信及其ATP概念

1.1.1卫星激光通信概述

1.1.2激光通信中ATP的概念

1.2对准信息及深空激光ATP的特征

1.2.1对准信息的概念

1.2.2深空激光ATP的特征

1.3深空激光通信ATP的国内外情况

1.4本文的结构

2各种传统的快速相关算法精度比较

2.1变分辨率相关算法

2.2变模板相关算法

2.3频谱法

2.4 SSDA

3适用于深空激光通信的高精度快速定位方法

3.1地球图像目标模型的建立

3.2高精度快速定位的思路

3.3宏像素方法的激光光斑目标区域估计

3.4基于DFT和极大似然估计的宏像素相关法理论分析及仿真

3.4.1数学模型的建立

3.4.2平移向量的极大似然估计

3.4.3仿真结果及其分析

3.5算法验证与结果分析

3.5.1系统实验平台的建立

3.5.2硬件实验平台的建立

3.6本章总结

4总结

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录