基于光流法的星间光通信信标光识别跟踪算法研究

摘要

卫星激光通信技术逐渐成为国际上的研究热点。在星间卫星光通信中，通信的两个终端需要实时地跟踪信标光。在跟踪阶段，太空中的恒星背景光有可能进入光学终端在CCD接收面上形成光斑，使系统很难确定信标光的确切位置。背景光斑会影响光束指向控制，使整个系统的跟踪稳定性下降，严重时会造成激光链路中断。针对上述问题，本文主要研究了如何准确识别跟踪信标光，降低或者消除恒星背景光对系统的影响。
　　首先，本文总结了目前抑制背景光以及识别信标光的方法的研究现状，针对星间激光通信系统跟踪阶段的特点，明确了本论文的研究方向。
　　其次，为了提取和跟踪目标，本文提出了一种基于光流法跟踪信标光的方法。对于光斑发生部分重合的情况，本文提出了光斑质心的计算方法。为了快速去掉噪声光斑，基于光流跟踪光斑的结果，提出了质心坐标序列统计去噪法。
　　第三，为了满足系统实时性跟踪要求，本文提出了一种自适应预测算法，并利用自适应预测算法对信标光的运动轨迹作预测仿真分析。
　　本论文通过模拟实验验证了光流跟踪法和自适应预测法的有效性。利用快速偏转镜来模拟卫星平台的振动，CCD作为终端接收探测器，搭建了模拟实验系统。模拟实验考虑了比较典型的卫星平台振动频率，在多种典型的模拟振动环境下，验证了算法的环境适应性以及可靠性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外卫星光通信的研究进展

1.3 卫星光通信中背景光抑制及信标光识别方法的研究综述

1.4 论文主要研究内容

第2章 基于光流法跟踪信标光斑的研究

2.1 提取目标光斑

2.2 利用光流法跟踪光斑

2.3 光斑局部重合的分析

2.4 质心坐标序列统计去噪法

2.5 实验数据处理与分析

2.6 本章小结

第3章 信标光自适应预测算法研究

3.1 已有的信标光斑预测算法的分析

3.2 信标光自适应预测算法的理论基础

3.3 信标光自适应预测算法的原理

3.4 信标光自适应预测算法的仿真分析

3.5 本章小结

第4章 信标光自适应预测算法实验验证

4.1 实验系统与方案

4.2 实验数据处理与分析

4.3 多正弦振动叠加实验

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢