地基光电探测中曝光时间影响分析

地基光电探测系统是获取空间目标信号的重要探测手段,而曝光时间是影响其探测性能的主要参数。以空间目标的光学特性为基础,计算出系统的极限探测距离、最小可探测尺寸和极限探测星等,分析了其与曝光时间等影响因素的定量关系。结合空间目标的像移模型,得到动态条件下,系统探测能力随曝光时间的变化关系,并进行仿真研究。研究结果表明:目标相对静止时,系统探测能力随曝光时间延长而增加,变化趋势趋于平缓;目标相对运动时,系统探测能力随曝光时间延长先增加后减小,并存在一个最优曝光时间,且与目标相对角速度有关。仿真结果可为地基光电探测系统曝光时间的设定提供一定的优化可行性。     

大气湍流对空间目标偏振成像探测的影响

为研究大气湍流对空间目标偏振成像探测准确度的影响,构建了大气湍流影响下的偏振成像探测模型,并对大气湍流导致的空间目标偏振度探测偏差进行仿真分析.通过对分时和同时偏振成像方式进行仿真,发现大气湍流会对空间目标偏振成像探测准确度造成明显影响,且对分时偏振成像探测准确度的影响明显大于同时偏振成像方式.通过自适应系统校正部分低阶像差,能明显减小大气湍流对偏振成像探测准确度的影响.为了兼顾图像信噪比和大气湍流影响下的偏振成像探测准确度,给出了一种结合分时和同时成像方式的改进偏振成像探测方式,大气湍流对其的影响略大于同时偏振成像方式,但该方式图像信噪比明显优于同时偏振成像方法.另外仿真分析发现,采用多帧图像叠加能效减小大气湍流带来的空间目标偏振成像探测偏差,在使用分时偏振成像方式时效果尤为明显.     

星载光电成像系统探测能力分析与研究

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别,而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础,建立了系统极限探测距离的数学物理模型,分析了影响探测距离的因素,对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明:增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升;当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时,降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力,并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。     

地基光电系统空间目标探测影响因素分析

光电系统的探测能力主要受探测天域的亮度、光电设备和探测器本身性能的影响,而探测能力主要是以信噪比来衡量.在综合了上述影响因素基础上,引入目标成像像元数N,给出了探测信噪比的理论公式;分析了背景亮度、系统参量以及像点弥散对探测能力的影响;结合实际情况,给出了目标过境时段的目标探测情况分析,理论分析得到目标在仰角30°左右可以观测,理论分析结果与实验观测基本一致.因此,该理论公式可以定量了解不同天空背景亮度、系统设计参量、各种因素引起的像点弥散对系统探测能力影响的大小,并为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据.     

湍流大气光通信系统误码率分析与实验研究

自由空间光通信(FSO)系统的性能由于受大气湍流影响会产生剧烈波动。根据系统和大气参数评估系统差错性能的研究具有现实意义。以大气湍流信道和光电探测两个模型为基础,建立了FSO系统差错性能的数学仿真模型,提出了湍流条件下系统误码率计算公式。对仿真结果与弱湍流条件下获得的实验数据进行了比较,并依据此模型对光强起伏和背景噪声等因素的影响进行仿真。仿真结果表明,基于该模型的仿真结果与实验数据一致,光强起伏是引起系统性能波动的主要因素,最优判决阈值需根据实际大气条件进行调整。该模型可有效评估湍流条件下FSO系统性能,并为相关理论研究提供参考。     

地基光电望远镜对空间碎片探测能力的评估模型

为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率,建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响,获得碎片信号的探测信噪比,并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明:仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致;由于碎片形状等光学特性不同,碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍,误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效,可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.     

光谱滤波技术对星等测量精度的影响

 白天对空间目标进行观测时,采用光谱滤波技术可以提高光电系统的极限星等探测能力。针对光谱滤波探测特点,基于现有测量方法,结合光谱反射特性,分析了光谱滤波技术对测量精度的影响,给出了修正方法;利用光电系统对某空间目标进行了实际测量,根据事后修正方法进行了仿真研究,对实际测量值与事后修正值进行了比对分析。分析表明：光谱滤波技术虽然提高了光电系统的探测能力,但对测量精度带来了较大的影响,最大精度可为0.5等星。     

复杂环境下机载光电系统探测概率包线研究

针对机载光电系统理论与实际探测能力之间的较大差异及其作战能力发挥不充分等问题,分析得到了目标反射背景辐射的空间分布函数,并给出了具体量化方法,进而研究了目标本征辐射特性,建立了水平和俯仰面内的辐射强度包线模型;之后考虑各种作战因素,给出了机载光电系统角水平和角俯仰探测能力包线计算方程式;最后提出探测概率包线概念,得到了机载光电系统作用距离与探测概率关系,并定量分析了机载光电系统探测包线的概率特性。仿真结果表明,探测包线随目标速度、方位、俯仰的变化而实时变化;当满足一定的虚警概率和信噪比要求时,探测概率包线具有最佳探测点,这为充分发挥机载光电系统探测性能提供了理论参考。     

实际大气中无线光通信的系统差错性能

无线光通信(FSO)系统的性能受大气湍流影响会产生剧烈波动。根据系统和大气参数评估系统差错性能的研究具有现实意义。以大气湍流信道和光电探测模型为基础,使用拟合概率分布替换常用的对数正态分布,建立了FSO系统差错性能的数学仿真模型,改进了湍流条件下系统误码率计算公式,并且进行全天的验证实验。实验结果显示,光强概率分布对系统性能有显著的影响,原有公式在某些情况下的计算结果有较大偏差,而改进公式的计算结果具有更好的适应性和准确性。该改进公式可有效评估湍流条件下FSO系统性能,并为相关理论研究提供参考。     

光电望远镜暗弱目标识别算法及探测能力

通过空间目标的光度测量可判断目标在轨运动特性和进行编目识别。对光电望远镜在卫星姿态判定领域的应用进行了介绍,验证了一种暗弱目标识别算法,即霍夫变换。通过仿真计算分析了影响极限探测星等的因素,并从目标成像后在探测器上获得信噪比的一般计算公式出发,推导计算得出光电望远镜的极限探测星等理论值,并使用星图比对的方法进行了试验验证。结果表明,星图比对法是一种可靠的星等测量方法。     

基于分数阶可停振动系统的周期未知微弱信号检测方法

本文建立了分数阶可停振动系统, 其可停振动状态的改变对周期策动力敏感, 对零均值随机微小扰动不敏感, 这事实上为周期未知微弱信号检测提供了一种新的高效检测方法和判别标准. 与现有的利用混沌系统的大尺度周期状态变化检测周期未知弱信号的方法 需逐一尝试设置不同频率内置信号以便期望与待检周期信号发生共振不同, 利用分数阶可停振动系统的可停振动状态变化检测周期未知微弱信号的方法, 除了同样具有因为状态变化对周期信号的敏感性而能够实现极低检测门限的特点外, 还具有混沌系统信号检测所不具有的优点: 1)无需预先估计待检信号的周期; 2)无需计算系统状态的临界阈值; 3)可停振动状态可由本文设计的指数波动函数可靠地进行判断; 4)通过系统微分阶数的变化, 将检测系统层次化, 从而可得到比整数阶检测系统更低的检测门限, 特别是在色噪声环境下, 通过选取合适的微分阶数, 基于分数阶可停振动系统的微弱周期信号检测法能够大幅度的降低检测门限, 在本文的仿真试验中, 检测门限可达-182 dB. 关键词： 分数阶非线性系统 Duffing振子 弱信号检测     

空间光通信APT技术中CCD多次采样的分析与研究

利用CCD器件进行光学检测，普遍采用二值化的脉冲计数法，即每个脉冲都代表了一个像元间距，所以CCD的检测分辨率只能达到像元间距的大小。虽然在光学系统中可以采用增加系统放大倍数的方法来提高CCD的检测分辨率，但是由于成像系统的像差、球差以及衍射效应的存在，光学系统最多只能放大几十倍，因此CCD的检测分辨率只能达到微米量级。为进一步提高CCD的检测分辨率，本文提出了一种全新的方法，即多次采样处理，以此将CCD的分辨率提高到亚像元的精度。经过分析论证以及软件的仿真模拟，证实了该方法的可行性。     

一种快速倾斜镜系统的设计与应用

激光在大气中传输时,由于大气湍流的存在,会导致光束漂移和能量集中度下降。校正倾斜像差,可以提高激光在大气中传输的质量,而快速倾斜镜正是倾斜像差校正的关键部件。设计了一个基于柔性轴结构的二维压电陶瓷型快速倾斜镜,采用高压运算放大器PA96制作其驱动电源,并选用TMS320F2812型DSP芯片作为倾斜镜控制系统的核心处理器,经实验测试表明,该快速倾斜镜的偏转范围达到1.8mrad,谐振频率为432Hz,角分辨力约为0.5μrad。最后将此系统应用于激光大气传输倾斜像差校正实验中,实验结果表明,该系统能够有效提高光斑能量集中度并降低光斑漂移,可以应用于激光大气传输中对倾斜像差的校正。     

一种基于数字图像的多目标检测方法

为使武器系统具备同时对多个目标进行精确打击的能力,在光电系统中可采用多目标视频跟踪器辅助激光照射器、伺服稳定平台实现多个潜在目标同时捕获跟踪并打击。研究了一种运行于多目标视频跟踪器的目标检测方法,针对数字图像分辨率高、数据量大及难以在嵌入式系统中实时运行的难点,基于TMS320C6455 DSP处理器,提出基于小波金字塔的全局运动光流估计算法图像配准实现运动图像的背景补偿以获取差分图像,相比传统的块匹配、灰度投影配准及基于特征点的配准算法,具有配准精度高与可嵌入式系统实时处理等优点,在差分图像中采用区域生长结合管道滤波算法提取图像中多个运动目标。经实验验证,该方法在复杂地面场景对汽车、自行车及行人目标检出率可达95%,计算时间仅为25 ms,具有良好的实时性和检测效果。     

航空光电成像系统像移补偿技术研究

航空光电成像系统由于像移的存在导致成像分辨率下降,严重影响航空光电系统的整机性能。采用像移补偿技术可以提高航空光电系统成像质量。分析了移动探测器像移补偿技术原理与运动光学元件像移补偿技术原理,重点研究了基于快调反射镜(FSM)的高精度像移补偿技术。通过工程简化分析,分别推导了快调反射镜位于平行光路和会聚光路的像移补偿随动角度规律,并针对会聚光路中快调反射镜带来的离焦量进行分析,讨论了离焦量对光学系统波像差的影响。仿真结果表明,随着离焦量的增加,波像差呈线性增大趋势。通过分析光学系统波像差对其光学调制传递函数（MTF）的影响,结果表明F数等于8,在奈奎斯特频率处,当离焦量在0.1 mm以内,光学调制传递函数MTF的下降量在26.6%以内。     

Phase-Locked Fibre Array for Coherent Combination and Atmosphere Aberration Compensation

We report a fibre amplifier array that not only achieves coherent beam combination by compensation of phase noises of fibre amplifier, but also accomplishes correction of atmosphere aberration. It is of master-oscillatormultiple-amplifier （MOPA） configuration, which can be phase-locked by the multidither principle or heterodyne detection principle. First laboratory experiments of atmosphere aberration compensation of a three-element fibre amplifier array are reported. The atmosphere aberration is created by a phase screen in the experiment. The phase changes of the beam, which are introduced by the fibre amplifier and the phase screen, are both detected by the heterodyne detection method. Phase modulators are controlled to compensate for the phase in the three paths. No matter whether there is a phase screen producing atmosphere aberration or not, the dim dynamic interference fringes in the far field turn to a clear and stable pattern, and the peak intensity is maximized. It is indicated that the fibre amplifier array is phase-locked, and coherent combination of the three beams is achieved. It can be used not only to obtain high power fibre laser array but also in laser space communication.     

移位相加法日间探测低信噪比恒星

为实现白天红外光电测量系统对低信噪比恒星的质心及能量高精度计算,本文给出一种高效的方法。首先,分析了红外光学系统白天恒星的成像特征。其次,先对采集的图像序列进行预处理操作得到预处理图像。接着对预处理图像序列执行叠加求均值和下采样操作得到下采样图像。在下采样图像中以亮度为特征求取恒星的疑似位置后,在预处理图像序列上建立与疑似位置相对应的目标区域,在目标区域内顺序求取质心序列。对目标区域的图像序列以质心偏移为基础进行移位相加后获取目标图像。在目标图像上以信噪比为判据完成恒星提取,以及质心和能量的计算。再次,分析指出此方法能增强目标信噪比的原理,并给出其适用范围以及相关参数的确定方法。最后通过实验表明,采用移位相加法可增强目标的信噪比,并提高提取正确率;且对于SNR不大于4.8的恒星可将其质心和能量计算精度平均提高0.06 pixel和28.5%。移位相加法对低信噪比的恒星可较为精确地计算其质心和能量。     

基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法

太赫兹雷达系统在差频信号频谱分析过程中,干扰噪声影响其测距能力.针对上述问题,提出基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法,通过对含噪差频信号进行二次采样,利用自适应随机共振系统提取信号,进行尺度恢复完成测距计算.实验数据显示,不同测量距离时,相较于快速傅里叶变换法,输出信噪比的平均增益为9.684 d B,其中测量距离为1000 mm处,差频信号初始频谱值提高了64.1倍,系统信噪比增益为11.761 d B;相较于滤波法,在测量距离为1000 mm处信噪比增益最大,提高了70.56%;输入噪声强度为1—5 V之间时,输出信噪比曲线的曲率相对于滤波法降低了86.5%,其中噪声强度为5 V时信噪比增益最大,为14.018 d B.实验表明太赫兹雷达系统的测距能力大幅提高.     

多光轴校轴仪调校关键技术研究

针对多传感器光电系统存在的光轴平行性调校需求,介绍了一种光轴跨距较大的高精度校轴仪及其工作原理。该装置核心为卡赛格林系统,其主镜采用了一种新型粘接与光学定中心方案用于解决受力变形,实际变形结果验证了该方案的可行性。通过精确调校卡赛格林系统以及检测光路的光轴平行性,文中的校轴仪理论检测精度可达10以内,因此其配合大口径离轴反射式平行光管使用时,能实现对多传感器光电系统光轴平行性的高精度调校。