空间光通信APT光斑检测算法研究

马艳芳

摘要：在空间激光通信系统中，跟踪系统的精度受光斑质心选取的位置和脱靶量计算的准确性影响。为了提高检测精度和抗干扰性能，本文对比分析了几种常用光斑检测方法，同时得出了各算法的适用条件。

关键词：空间光通信；APT；光斑检测

中图分类号：TN929.12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0115-02

1 引言

在光斑跟踪系统中，在计算机完成处理和分析光电传感器获得的图像信号后，需要在空间中完成对信标光斑的粗跟踪，然后进行光斑目标在每一个捕获帧中偏移量的计算，利用计算结果改变天线轴的旋转角度，以完成通信双方的瞄准、捕获和跟踪。为了能够在通信期间一直保持跟踪链路，要利用光学传感器实时、准确地找到捕获到的光斑图像的质心，并且计算出通过算法找到的位置与标准位置之间的差值，然后后台总控制器就能利用计算得到的差值对跟踪进行校正，这样信标光束才能够正确地找到并指向另一侧[1]。本文就跟踪常用的质心法，Hough变换法和圆拟合法三种算法从不同方面进行了对比分析。

3 实验及结果分析

为了验证采取不同算法对跟踪瞄准精度的影响，模拟信标发射模块和信标接收模块，在学校实验室进行了光斑跟踪仿真模拟的实验。其中搭建的模拟发射模块包括了光摆部件、信标发射部件和扩束部件；搭建的模拟接收模块包括了控制系统、粗精跟踪系统等[2]。

首先需要初步调试光斑跟踪过程中粗跟踪系统部分，为了在粗跟踪的视场中心观察到信标光斑的中心点，要让粗跟踪捕获到成像的所有光斑点能够满足4×4像元的条件，使粗跟踪视场维持在10 mrad左右；然后去调试精跟踪系统部分，为了在精跟踪的视场中心观察到成像光斑的中心点，要尽量使精跟踪视场在500 urad左右[3]。计算机仿真了这几种跟踪算法，根据光斑的不同成像质量，采取了不同算法，对比了各种算法的跟踪瞄准精度以及算法消耗时间等，结果如图1所示。

4 结语

质心算法是比较传统的检测算法，它的优点不仅包括对于硬件系统整体要求低，且不需要复杂的计算，而且还可以得到很高的精度，在简单背景情况和中、弱湍流影响情况中比较有效果。Hough检测方法比较适合激光扫描大型曲面测量中应用，该方法的优点是鲁棒性高，尤其是在检测圆形光斑的中心时更有效。圆拟合算法利用了最小二乘法的原理，通过不断的减少和实际光斑轮廓的差距，使其不但具有能快速检测出光斑的中心的能力，甚至还可以在某些特定条件下检测出半径大小小至亚像素级别的激光光斑。

参考文献

[1]杨帆.空间激光通信APT系统光斑检测技术研究[D].长春理工大学，2010.

[2]姚楠.空間激光通信系统中目标跟瞄算法研究[D].长春理工大学，2007.

[3]张思维.自由空间激光通信APT分系统的跟踪算法的研究[D].长春：长春理工大学，2006.

Abstract：In space laser communication system， the accuracy of the tracking system will be directly affected by the selection of spot centroid position and the accuracy of miss distance calculation. This paper compares and analyzes several commonly used spot detection methods， and obtains the applicable conditions of each algorithm.

Key Words：space laser communication；APT；spot detectionendprint