衛(wèi)星光通信跟瞄系統(tǒng)傳感器信號處理方法.pdf

1、衛(wèi)星光通信作為新興的通信手段,以激光作為載波傳遞信息,能滿足大容量、高速率的數(shù)據(jù)傳輸要求,便于實現(xiàn)通信終端的小型化,是構(gòu)建未來通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。由于衛(wèi)星光通信對終端的對準(zhǔn)精度要求很高,需要跟瞄系統(tǒng)的傳感器非常精細(xì),且需對復(fù)雜多變的空間環(huán)境具有適應(yīng)能力。本文根據(jù)衛(wèi)星光通信終端的工作特點,對其跟瞄系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行了深入細(xì)致的研究,分析了空間環(huán)境對絕對式光電編碼器和CCD光斑成像系統(tǒng)的影響,對絕對式光電編碼器信號的檢測、補償方法和CCD自動調(diào)焦

2、算法進(jìn)行了深入研究。
　　首先介紹了衛(wèi)星光通信終端的組成及工作過程,分析了引起終端指向偏差的來源。結(jié)合跟瞄系統(tǒng)傳感器的工作原理和實際調(diào)試中遇到的問題,指出了其在空間環(huán)境工作時存在的缺陷。
　　其次針對絕對式光電編碼器在空間應(yīng)用時可能發(fā)生的故障設(shè)計了診斷方法,為地面站采取維護(hù)措施提供依據(jù):利用小波變換對監(jiān)測信號進(jìn)行特征提取,然后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為故障分類器判定故障類型,為譯碼電路參數(shù)的修正和編碼器備份讀數(shù)頭的啟用提供依據(jù)。在訓(xùn)練神

3、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時采取了一種新的粒子群算法,是基于仿生學(xué)原理對標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法的更新機制進(jìn)行改進(jìn)得到的。仿真顯示上述方法能準(zhǔn)確判定絕對式光電編碼器的故障類型,且有一定的泛化能力。此外,針對光電編碼器永久性損傷造成的信號奇異點,采取小波變換方法對其進(jìn)行定位,提出根據(jù)待檢信號特點選取最優(yōu)小波基的方法,仿真表明可以準(zhǔn)確定位不同類型的奇異點,為地面站采取措施避開奇異點對跟瞄系統(tǒng)的不利影響提供信息。
　　而后分析了莫爾條紋信號的正交偏差和正弦性對絕對式

4、光電編碼器精度的影響,并給出了相應(yīng)的補償措施。分別采用傅里葉變換和相關(guān)函數(shù)對正交偏差進(jìn)行測量,在比較測量結(jié)果后確定相關(guān)函數(shù)法作為莫爾條紋信號正交偏差的測量手段。針對莫爾條紋信號頻率隨編碼器變化的特點,結(jié)合編碼器結(jié)構(gòu)特點提出了測量正交偏差時實現(xiàn)均勻采樣的方法。實測結(jié)果表明該補償方法確實能提高光電編碼器的精度。為提高莫爾條紋信號的正弦性指標(biāo),采用可調(diào)諧濾波器濾除諧波成分和采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解進(jìn)行基波提取。仿真結(jié)果表明,可調(diào)諧濾波器盡管受編碼器轉(zhuǎn)

5、速的影響,在轉(zhuǎn)速較快時才能達(dá)到所需的正弦性指標(biāo),但在轉(zhuǎn)速較低時正弦性也得到了很大提升。而經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法獲得的基波雖然在不同轉(zhuǎn)速下均能滿足細(xì)分要求,但在轉(zhuǎn)速較低時實時性較差,需要進(jìn)一步完善。另外針對莫爾條紋信號幅值隨溫度等因素變化的特點,提出了一種適合空間應(yīng)用的絕對式編碼器譯碼方案。
　　然后對衛(wèi)星光通信終端光斑成像系統(tǒng)的自動調(diào)焦方法進(jìn)行了研究。討論了傳統(tǒng)數(shù)字圖像質(zhì)量評價方法存在的問題,利用二維小波變換結(jié)合人類視覺系統(tǒng)的特點,構(gòu)造新

6、型的小波圖像質(zhì)量評價函數(shù)。針對圖像中低頻成分對清晰度評價函數(shù)的影響,提出采用差分和Sobel算子結(jié)合的方法剔除調(diào)焦過程中圖像的低頻成分,分析了在初始離焦量不同時算法對圖像細(xì)節(jié)的提取效果。采用改進(jìn)粒子群算法搜索圖像中細(xì)節(jié)最豐富的區(qū)域用于評價函數(shù)的計算,以提高調(diào)焦靈敏度。通過對實際光斑信號進(jìn)行仿真驗證了調(diào)焦方法的有效性。
　　最后建立了跟瞄系統(tǒng)的模型,對衛(wèi)星光通信終端的捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤過程進(jìn)行了仿真,比較了采用本文方法進(jìn)行傳感器信號補