基于二值图像的卫星激光测距数据处理

为了改善激光测距数据处理中信号提取困难以及自动化程度还不高的现状,考虑激光测距数据的特征,结合二值图像处理和分析的技术提出一种新的提取测距信号的方法。先将原始数据映射为一幅二值图像,根据激光测距数据密度分布特点作第一次粗略的去噪,再根据信号形状特征作一次细去噪,将去噪后的图像矩阵逆映射回来。实验结果显示用于各种激光测距中的自动数据处理有很好的效果,可替代人工选点的激光测距数据提取方式。     

激光测距中APD阵列探测信噪比分析

APD阵列可提高光子探测效率,然而在回波探测概率提高的同时提高噪声探测概率,因此需合理选择阵列单元数以提高探测信噪比。根据回波和噪声在距离门内的分布情况,结合光子探测概率,建立了盖革模式下APD阵列探测信噪比随阵列单元数的变化模型。讨论了回波光子数、背景噪声强度、回波在门控内位置、占空比等因素对探测信噪比的影响。分析结果表明,提高回波光子数、探测器占空比、轨道预报精度有助于增加APD阵列的探测信噪比;4元APD阵列适用于回波光子数小于0.1、门控内噪声光子数小于1的观测情况,而回波和噪声强度较强时,25元APD阵列能够取得相对较优的探测信噪比。建立的APD阵列探测信噪比模型有助于快速选择APD阵列单元数以达到较高探测信噪比。     

基于阵列探测技术的激光测距数据预处理方法

阵列探测技术对回波信号及其微弱的空间碎片激光测距系统具有重要意义,可提高探测成功概率。针对这一崭新的激光测距技术,文中研究了基于阵列探测技术的激光测距数据预处理方法。在常规卫星激光测距数据预处理方法基础上,针对阵列超导探测器特点,结合地靶测量方法和多高斯拟合及互相关分析方法,实现了多通道激光测距数据的通道间的时间偏差修正;利用泊松统计分析、循环拟合滤波等方法,实现了多通道激光测距数据的自动识别、数据拟合等。目前该方法已经成功应用于中国科学院云南天文台4×4阵列激光测距试验平台试验中,并获得良好的效果。     

基于1.2m望远镜系统实时自动调焦的清晰度评价算法

望远镜自动调焦技术在提高天文观测效率和观测精度方面有着重要的作用。针对云南天文台1.2 m望远镜系统在观测空间目标时受外界多重因素影响下的像点离散、能量分散等问题,提出了一种改进定心精度的半通量直径（HFDICA）实时自动调焦清晰度评价算法。该方法在进行图像预处理的基础上,采用改进的强度加权质心法（improved IWC）,以亚毫米的精度迭代计算星像质心;然后测出星像HFD,根据HFD值用双曲线法拟合出V型调焦曲线。经过大量实验表明,该算法在指导望远镜调焦时能够迅速找到焦点位置,其精确定焦率与高精度天文图像处理软件IRAF的计算结果相当,在调焦过程中平均处理时长为4.7 s,耗时仅为IRAF的1/10,满足1.2 m望远镜自动调焦的实时性与精度要求。所提方法的调焦效率大致提高37%,具有一定的可行性与实用性。     

基于摆镜技术提高测距成功概率的方法研究

深空激光测距受距离遥远、大气损耗等因素影响,地面站接收到的回波光子数非常稀少,因此,研究增加回波光子数的方法对提高系统测距成功概率具有重要的意义。文中在云南天文台1.2 m望远镜激光测距系统发射光路中增加摆镜,通过快速高精度控制激光光束传播方向的方法搜索回波光子数较多的指向位置。首先设计了摆镜扫描系统,然后对系统进行仿真分析,模拟系统出射光束偏转角度和能量分布随摆镜偏转角度的变化情况以及利用摆镜进行搜索的效果,最后对测距卫星进行实际观测试验。测量得到系统使用的二维摆镜的最小分辨率为0.2″,经激光发射系统扩束后,可以实现最小0.005″的搜索步长,控制频率在100 Hz以上。实际观测结果表明,使用摆镜提高回波率的方法是有效的,并且目标轨道高度越高效果越明显,因此可应用于深空目标激光测距系统。     

共光路百赫兹激光测月系统主回波重叠的研究

高重频激光测月技术是月球激光测距的一个重要发展趋势,对获得更多的激光测月数据具有重要意义。在之前的10 Hz测月频率基础上,中国科学院云南天文台开发了共光路百赫兹激光测月系统。然而在共光路系统中,存在发射激光光子的主波时刻与接收激光光子的回波时刻相重叠的现象,影响了对回波光子的探测。文中从信号时序角度对主回波重叠现象进行了分析,研究了光子飞行时间与重叠现象间的关联性。利用某天的月面反射器的轨道预报对系统的重叠发生比率进行了模拟,得出了当天观测时段内整体的重叠发生率约为8%。同时开展了基于每个发射时刻的分段模拟,结果与前者吻合。对微调转镜转速以避开主回波重叠的方法进行了分析,开展了对应的转镜转速调整试验,结果表明当重叠发生时,对转速进行适量调整可以避开主回波重叠。     

月球激光测距观测模型的研究与应用

月球激光测距（LLR）极大推动了地月科学、月球空间基准以及引力物理的发展。为了充分利用LLR数据,依据目前广泛应用的国际地球自转服务2010(IERS 2010)规范对固体潮、海潮、大气延迟和广义相对论效应进行建模,并建立了LLR观测模型。利用该模型检核了国际激光测距服务（ILRS）提供的所有LLR观测数据,生成的月球角反射器预报文件CPF(Consolidated prediction format)支持云南天文台LLR的独立观测。将INPOP19a、DE430、EPM2017历表作为观测模型输入并检核LLR标准点数据,结果表明,相比其他历表,INPOP19a历表与实测数据更接近。     

空间碎片漫反射激光测距试验

空间碎片的存在严重影响了在轨航天器的安全,国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,利用漫反射激光测距技术对空间碎片进行探测是一个新的发展趋势。根据空间碎片漫反射激光测距的特点以及国内外漫反射激光测距技术的发展趋势和现状,研究了云南天文台的空间碎片漫反射激光测距系统。分析了云南天文台进行空间碎片漫反射激光测距探测成功的概率以及该技术所需要具备的系统组成和关键技术,并通过空间碎片漫反射激光测距实测试验方法验证了该技术的可行性。实测数据结果表明空间碎片漫反射激光测距精度为50~250 cm。     

空间碎片激光测距应用研究

空间碎片的存在使空间环境日益恶化,已影响到空间活动的安全。国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,空间碎片激光测距技术成为一种新的探测手段。首先,概述了国内外空间碎片激光测距技术的发展趋势和现状。其次,在成功获得空间碎片激光测距回波的基础上,研究了激光测距数据联合测角数据单站定轨的方法,仿真计算结果表明,该方法的定轨精度优于单纯光学测角数据定轨的精度。最后,提出一种利用空间碎片激光测距误差来初步测定空间碎片尺度的方法,并分别通过地面靶激光测距实验和空间碎片激光测距实验验证了该方法的可行性,为空间碎片尺度测定提供了一种参考依据。