空间光通信信标光预测跟踪算法研究

摘要

在星间卫星光通信链路过程中，两个终端需要对对方信标光进行跟踪，在跟踪过程中，此时如果恒星背景光突然进入光通信系统的视阈，会造成对信标光跟踪精度的下降的影响，恒星背景光的出现会影响信标光的实时跟踪。此时需要实时快速的对恒星背景光斑进行滤除，所以本论文主要针对跟踪阶段出现的此类问题展开研究。
　　本文对跟踪预处理的图像去噪技术和几种经典跟踪算法做了对比分析，在星间光通信的应用背景下，对CCD视阈内探测到的信标光光斑图像频域滤波可行性分析。重点分析了影响星间光通信信标光跟踪的恒星背景光噪声特征；光斑灰度图像在频域滤波可行性；质心运动坐标序列在频域滤波可行性。通过分析，提出一种基于频域特性滤除恒星背景光噪点的有效滤波方法，质心坐标序列快速傅氏变换算法（Centroid Coordinate Sequence FFT）。
　　本文通过仿真结果验证质心坐标序列快速傅氏变换算法的可行性及跟踪精度。仿真分析了两个方面的信标光特征在频域内实现快速滤波的可行性；仿真分析在理想系统噪声情况下，质心坐标序列快速傅氏变换算法的跟踪精度。
　　本文利用实验验证质心坐标序列快速傅氏变换算法的可行性及跟踪精度。在模拟光通信链路跟踪状态时，验证算法中未加修正量时，最小二乘法预测跟踪信标光的效果，验证加入修正量的算法对预测跟踪精度改善情况。实验验证算法中各可变量对跟踪精度的影响，通过实验结果的统计分析，化简新算法相关变量，可以使算法的表达更加简单。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外卫星光通信的研究进展

1.2.1 国外研究现状

1.2.3 国内研究现状

1.3 国内外图像去噪及跟踪预测算法的研究现状

1.3.1 图像去噪算法研究现状

1.3.2 跟踪预测算法的研究现状

1.4 论文主要研究内容

第2章 信标光预测跟踪算法理论研究

2.1 图像预处理的基本理论及分析

2.1.1 图像去噪技术的基本原理

2.1.2 空间灰度图像去噪方法分析

2.1.3 恒星背景光的噪声特点

2.2 经典跟踪预测算法理论分析

2.2.1 均值漂移预测算法

2.2.2 Kalman滤波预测算法

2.2.3 粒子滤波预测算法

2.2.4 算法比较分析

2.3 质心坐标序列快速傅氏变换算法研究

2.3.1 光斑图像在频域滤波可行性分析

2.3.2 基于最小二乘法的算法研究

2.4 本章小结

第3章 质心坐标序列快速傅氏变换算法仿真分析

3.1算法在预处理阶段的仿真验证

3.2 信标光光斑跟踪预测的仿真验证

3.3 本章小结

第4章 信标光跟踪预测算法实验验证

4.1 实验方案

4.1.1 实验仪器

4.1.2 实验原理

4.1.3 实验步骤

4.2 实验数据处理分析

4.2.1 算法未引入修正量的情况下跟踪实验

4.2.2 算法引入修正量的情况下跟踪实验

4.2.3 修正量函数中相关定量值的变化对预测的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢