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(guò)程中，為了實(shí)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(shí)、精確地確定光斑圖像的質(zhì)心位置，以準(zhǔn)確計(jì)算出它與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏差，然后通過(guò)控制器來(lái)校正這個(gè)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(cè)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(shí)際上是一些離散的點(diǎn)，本文旨在通過(guò)圖像處理方法用軟件以及數(shù)學(xué)算法的方式對(duì)離散

2、的點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分，甚至達(dá)到連續(xù)的程度，從而使光斑質(zhì)心的定位精度得到進(jìn)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(lái)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(duì)圖像進(jìn)行處理，在計(jì)算處理后光斑圖像質(zhì)心與理論質(zhì)心對(duì)比得到誤差。通過(guò)對(duì)比不同方法的誤差大小，來(lái)得出最優(yōu)話的方法策略，以及驗(yàn)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(duì)光斑圖像的灰度矩陣根據(jù)梯度進(jìn)行分割，并在分割區(qū)域內(nèi)分別采用不同的插值點(diǎn)數(shù)和不同的插值方法，通過(guò)用質(zhì)心法計(jì)算并對(duì)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(jìn)行改進(jìn)，對(duì)分割區(qū)域進(jìn)行平方加權(quán)以體現(xiàn)高斯光斑中心附近權(quán)重特性。
　　對(duì)本文提出的方法，使用matlab進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，梯度分割插值法相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)圖像進(jìn)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(gè)問(wèn)題。對(duì)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(jì)算質(zhì)心，該算法相對(duì)傳統(tǒng)質(zhì)心算法，對(duì)插值部分進(jìn)行了平方加權(quán)，體現(xiàn)了中心附近的像素點(diǎn)的灰度值的權(quán)重滿足高斯光斑的分布特點(diǎn)。
　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)捕獲光斑的模擬實(shí)驗(yàn)，模擬激光通信捕獲光斑的過(guò)程，通過(guò)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)所獲取的光斑使用本文算法進(jìn)行驗(yàn)證，判定方法的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性，并且經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分