空间激光通信捕获、对准、跟踪系统动态演示实验

捕获、对准、跟踪（APT）系统是空间激光通信重要组成部分，是通信正常进行的前提与保障。对APT系统组成原理、工作原理、关键技术、系统设计、工程实现等内容进行了详细的研究，在此基础上开展室内模拟实验及野外演示验证实验。室内模拟实验跟踪精度达到2～3μrad，表明本系统可应用在星间激光通信中。野外双端动态演示实验在飞艇一船舶间进行，结果表明系统捕获概率优于95％，捕获时间小于60s，系统跟踪精度由于受到大气湍流影响而降低，多次实验测试表明在湍流中跟踪精度达到5～25μrad。APT系统的成功研制为空间激光通信顺利进行奠定了基础。

机载无线激光通信对准-捕获-跟踪系统及动态飞行试验研究

机载无线激光通信具有通信速率高、抗干扰能力强、保密性好、布置灵活等优点,在天地一体化高速信息网络、军用保密通信、电磁干扰环境下可靠通信等应用中有着广阔前景。为解决机载环境下激光通信光轴对准难题,通过对无线激光通信系统特点和Y-12型飞机平台特性的分析,采用粗、精两级复合跟踪方案,设计了由被动减震结合主动抑制的粗跟踪单元和电磁振镜精跟踪单元组成的机载无线激光通信对准、捕获、跟踪(PAT)系统。Y-12飞机搭载该系统开展了双固定翼飞机间远距离、高速机载激光通信试验,验证了所设计的机载无线激光通信PAT系统的跟踪性能和机载环境适应性。

一种提升单探测器复合跟踪中粗跟瞄子系统预测精度和稳定性的方法

针对单探测器复合轴粗跟瞄预测过程中数据利用率不高的问题,提出了基于卡尔曼滤波和最小二乘法的实时预测方法,并通过实测振动数据进行仿真验证。结果显示:随着步长的增加,数据点之间的关联性降低,导致预测准确性和稳定性下降;数据利用率的提高又会增加数据点关联性,提升预测准确性和稳定性。在预测步长为25 ms即数据利用率为75%的情况下,达到预测误差最小和稳定性最优的平衡点。

基于ARM控制的紫外光通信系统收发端捕获、对准与跟踪(APT)的研究与实现

紫外光通信相较于如红外光通信等常规的光通信,具有可非直视通信的优点。与现有的电磁波通信相比,紫外光通信又具有保密性较高、抗干扰能力较强的优点。基于紫外光通信的优点,有高校已经设计出将通信过程分为直视通信与非直视通信,且在通信过程中可以很好地衔接双向通信机的硬件,根据前人提出的捕获、对准与跟踪(APT)方法的理论知识,通过STM32微处理器进行实现。实验证明,通过波形采集法实现的APT可以达到通信要求。

移动场景下无线紫外光自动捕获对准跟踪系统

为了解决复杂地形和实际应用中移动设备间的通信问题,针对紫外光可进行非直视的特点,本文提出了一种移动场景下无线紫外光通信自动捕获对准跟踪的算法,并搭建以ARM为主处理器,控制电机进行转动的同时进行通信的硬件电路系统。该系统测试了算法的可行性,重点分析了捕获时间与主从节点间移动速度和主从节点间间隔距离的关系,证明该系统在主从节点20m范围内,主从节点移动速度不超过0.3m/s时能够较好的实现移动场景下的无线紫外光自动捕获对准和跟踪。

舰载光电跟踪系统红外自动捕获技术

针对舰载光电跟踪系统动基座跟踪和复杂海面背景的实际特点,提出了一种基于数学稳像平台的视轴稳定技术。利用捷联式惯性导航系统和控制单杆的在线干预,在红外捕获跟踪器无脱靶量输出时,即可实现视轴动态瞄准的角度无静差控制。通过基于先验知识的目标捕获区域规划的方法避免了工作时复杂海面背景干扰带来的误捕获,提高了动基座条件下的目标自动捕获能力和可靠性。该系统放置在自重仅700t的测量船上,在四级海况条件下对各类初始发射目标的自动捕获概率达到95%以上。

光电系统捕获跟踪控制方法研究与仿真

研究光电系统电视捕获的准确跟踪问题。光电系统在跟踪阶段,一旦物体的运动速度较快,方向突变性较强,会造成光电系统中的控制出现超调和振荡,系统性能差。传统算法在对快速运动目标进行捕获时,由于系统的超调和振荡,导致目标在捕获阶段逸出跟踪视场,造成跟踪不准确。针对上述问题,提出了一种采用α-β-γ滤波器的捕获跟踪控制算法。根据目标的运动特性和运动状态建立捕获跟踪模型,通过α-β-γ滤波器预测目标下一时刻位置和速度,采用复合控制进行随动跟踪,降低系统的超调量和缩短过渡时间,从而实现对快速运动目标的捕获跟踪。实验结果表明,运用该控制算法可以有效地解决目标在电视捕获阶段逸出视场的问题,提高系统对快速运动目标的捕获跟踪能力和跟踪精度。

捕获跟踪与瞄准系统的基本技术问题

本文分析了光电捕获跟踪与瞄准系统的概念、技术要求及基本技术问题,并指出响应速度和跟踪精度是系统的关键。为实现快速捕获与高精度跟踪瞄准,必须提高光电探测器性能、改善结构设计并采用高精度控制技术等。本文对复合轴结构、视轴稳定技术、成象跟踪、前缋控制和滤波预测等作了详细的分析与讨论。本文还指出采用自适应光学技术的跟踪系统是很有前途的。

星载光电仪器捕获跟踪视频处理系统设计

介绍了基于卫星平台的捕获跟踪视频处理系统的原理及硬件设计,提出了一种基于自适应阀值的跟踪算法——波门跟踪法,实现了对复杂背景下变化运动目标的自动跟踪,达到了预期的要求。

基于全光捕获法的机载激光通信跟踪控制系统设计

为了保证机载激光通信的质量和稳定性,基于全光捕获方法优化设计机载激光通信跟踪控制系统;加设激光器、激光告警器和运动转台设备,为全光捕获方法的运行提供硬件支持;改装目标跟踪探测器、跟踪控制器、AD数据转换器和电机驱动器,通过系统供电电路的连接实现硬件系统的优化;根据机载激光通信原理,从发送模块、激光通信接收模块等方面,构建机载激光通信模型;利用全光捕获法生成机载激光通信链路,根据机载激光通信跟踪目标相对信息的计算结果,确定通信光斑中心的位置,实现系统机载激光通信的跟踪和控制功能;通过系统测试实验得出结论:综合室内和外场两个应用环境,机载激光通信跟踪控制系统的平均跟踪偏移量为0.875 m,通信误码率和丢包率分别为0.275%和0.384%,均高于预设值。

基于HLA体系结构的目标捕获跟踪仿真系统设计与实现

HLA是先进分布交互仿真的通用技术框架,近年来在仿真领域受到普遍的关注,具有广阔的发展前景.本文给出了一个基于HLA体系结构的目标捕获跟踪仿真系统的设计与实现,结合应用介绍了基于HLA的分布交互仿真系统的开发过程,为先进分布交互仿真在测控领域的应用打下了良好的技术基础.

视频监控系统目标捕获和跟踪算法研究

视频监控系统目标捕获和跟踪常用算法主要有时域和频域两种跟踪算法。根据视频监控的实时性、可靠性、跟踪定位准确等特点,对时域跟踪算法中相关模板匹配算法进行研究,同时对算法进行了优化,并给出相应的仿真结果。结果表明,算法满足视频监控系统要求。

运动捕获系统中基于多视觉的目标跟踪算法

基于标记点的运动捕获系统中,由于标记点特征相似,易出现遮挡,使得跟踪难度大.针对上述问题提出了基于多视觉的跟踪算法.首先进行双目视觉立体跟踪:采用扩展Kalman进行预测,根据外极线约束剔出预测区域内的错误候选目标;然后进行多目视觉数据融合:利用基于可变阈值的最邻近数据融合算法对已获得的多个双目跟踪数据进行处理,解决了标记点遮挡、丢失问题;最后得到了标记点的三维运动数据.实验表明,提出的跟踪算法可以准确跟踪各个标记点.

基于三轴光电跟踪系统的目标捕获方法

针对三轴光电跟踪系统各轴上分解空间目标的速度优于两轴,但缺乏相关捕获策略研究,建立了一种扫描捕获方法。从引起不确定区域的误差源出发,分析了不确定区域(FoU)的大小、形状以及目标在该区域内的概率分布类型。在设定的捕获条件下,根据不确定区域的特性,选用螺旋扫描捕获的方式捕获目标,并将扫描方法分配到三轴上。由仿真结果可知:在服从二维高斯分布的圆形不确定区域内,基于三轴光电跟踪系统的螺旋扫描能短时间、高概率地捕获目标。

扩频体制低轨卫星通信信号捕获与跟踪系统设计

针对扩频体制下低轨卫星信号的捕获及跟踪等系统设计实现问题,根据卫星信号模型进行了捕获及跟踪算法设计,重点对基于快速傅里叶变换的快速捕获算法、锁频环、锁相环和码跟踪环路进行了设计,并进行了工程系统实现。试验验证表明,该系统可以实现码分多址体制低轨卫星信号捕获、跟踪处理,工作性能参数满足系统需求。

基于水下光斑跟踪的接收机对准系统

针对水下无线激光通信中光斑易变形、易受湍流影响和易被遮挡的问题,采用均值漂移与无迹卡尔曼滤波器结合阈值判断的跟踪光斑算法,获取跟踪光斑实时位置坐标.分析得到光斑在被遮挡、变形和受湍流影响时,实际移动轨迹和跟踪移动轨迹的误差分别在2.1%、4%和1.2%左右,验证了算法的可行性.搭建接收机对准系统,利用跟踪光斑实时位置和中心位置的关系,控制接收机和发射机的实时对准.通过对比对准系统获得光斑的实际中心坐标和严格对准时光斑中心坐标之间的偏差,来反映系统的对准精度,实验结果发现接收机的运动角速度越大,对准精度越小.

量子定位系统中捕获与粗跟踪控制研究

首先推导出经过地面站正上方的卫星运行轨道,以及从地面获取的卫星运行轨迹的空间信号函数;然后对整个捕获和粗跟踪过程的控制系统进行离散型模型的建立;采用分行式螺旋扫描捕获策略进行信号捕获,对电流-速度-位置三闭环粗跟踪控制系统进行控制器设计,并在Simulink环境下,对卫星经过地面站可见区域的4个不同阶段,分别进行信号捕获及其粗跟踪两轴信号的系统仿真实验,并对不同情况下的捕获与粗跟踪控制性能进行了对比分析。本文所做研究为后续的精跟踪过程和超前瞄准提供了保障。

激光雷达捕获跟踪电子学职能系统对测角误差影响的分析与综合

本文针对捕获跟踪电子学职部件产生的误差作了较详细地分析研究。

基于自校正控制的空间光通信精跟踪系统设计

针对空间光通信捕获、跟踪、对准(acquisition,tracking,pointing,ATP)系统的精跟踪单元高度复杂、被控对象参数模型难以精确获得、存在慢变化随机干扰的特点,提出采用自校正PID(proportional,integral and derivative)控制来设计精跟踪的控制器,改善了系统动态性能,增强了系统对不确定因素的适应性。采用遗忘因子递推最小二乘法来进行参数辨识,能在线调整适应对象参数的变化,增强了系统的适应性和鲁棒性。通过仿真验证了算法的控制性能和参数辨识效果,算法的实时性也满足系统设计的要求。给出了ATP精跟踪系统的设计框图,进行了2.3 km的精跟踪实验。实验结果表明精跟踪系统采用自校正PID控制有较好的跟踪精度。

GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现

为了检测ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）信号，设计了码环及载波环捕获与跟踪数字系统．序贯搜索与窄间隔超前滞后型数字延迟锁相环的采用，保证了码相位的可靠捕获与精确跟踪，四相鉴频器、叉积自动频率跟踪算法及科思塔环载波相位跟踪算法的结合，既保证了载波频率（多普勒频移）的捕获速度，又使环路能有效地跟踪频率／相位变化，获得较好的动态性能与噪声性能．控制算法及参数确定的软化实现使系统具有较好的灵活性．基于扩频相关器与数字信号处理器的数字系统验证了上述方案的正确性及有效性．