衛(wèi)星光通信中提高光斑定位精度方法研究.pdf

1、在衛(wèi)星光通信通信過程中，為了實現(xiàn)鏈路的建立和保持，瞄準(zhǔn)，跟蹤，捕獲（PAT）系統(tǒng)的光學(xué)傳感器必須要能夠?qū)崟r、精確地確定光斑圖像的質(zhì)心位置，以準(zhǔn)確計算出它與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏差，然后通過控制器來校正這個偏差，使光束正確地指向?qū)Ψ?。因此，光斑質(zhì)心位置的精確測量是衛(wèi)星光通信可靠性的重要保證。但由于CCD成像分辨率的局限性，光斑圖像的分辨率總是有限的，因此由CCD采集到的圖像實際上是一些離散的點，本文旨在通過圖像處理方法用軟件以及數(shù)學(xué)算法的方式對離散

2、的點進行細(xì)分，甚至達到連續(xù)的程度，從而使光斑質(zhì)心的定位精度得到進一步的提高。
　　本課題的理論模型是用理論的二維高斯函數(shù)離散化得到的矩陣來代替光斑的灰度圖像的灰度矩陣，由高斯函數(shù)中心可以得到理論的光斑質(zhì)心，之后用圖像處理方法（插值）對圖像進行處理，在計算處理后光斑圖像質(zhì)心與理論質(zhì)心對比得到誤差。通過對比不同方法的誤差大小，來得出最優(yōu)話的方法策略，以及驗證方法的有效性。
　　本課題所提出的精確定位光斑質(zhì)心的方法，是建立在以傳統(tǒng)

3、的圖像處理方法中插值方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)高斯光斑的特性對光斑圖像的灰度矩陣根據(jù)梯度進行分割，并在分割區(qū)域內(nèi)分別采用不同的插值點數(shù)和不同的插值方法，通過用質(zhì)心法計算并對比誤差得到最優(yōu)插值策略；后又在傳統(tǒng)灰度質(zhì)心法基礎(chǔ)上進行改進，對分割區(qū)域進行平方加權(quán)以體現(xiàn)高斯光斑中心附近權(quán)重特性。
　　對本文提出的方法，使用matlab進行仿真實驗，梯度分割插值法相對簡單的整體線性插值法的定位精度有明顯提高，這是由于高斯函數(shù)的函數(shù)值分布是非均勻變化的

4、，導(dǎo)致了對圖像進行整體插值后定位精度提高不多，而梯度分割插值法就很好的解決了這個問題。對梯度分割插值后的光斑圖像使用本文提出的分割平方加權(quán)算法計算質(zhì)心，該算法相對傳統(tǒng)質(zhì)心算法，對插值部分進行了平方加權(quán)，體現(xiàn)了中心附近的像素點的灰度值的權(quán)重滿足高斯光斑的分布特點。
　　本文設(shè)計了一個捕獲光斑的模擬實驗，模擬激光通信捕獲光斑的過程，通過對模擬實驗所獲取的光斑使用本文算法進行驗證，判定方法的準(zhǔn)確性、實時性、穩(wěn)定性，并且經(jīng)模擬實驗驗證，分