强湍流效应下激光大气传输短曝光光斑统计分析

利用数值模拟的方法,对强湍流效应下激光大气传输焦平面短曝光光斑的统计特性进行了初步分析,并与实验结果进行了对比。结果表明:在强湍流效应下,焦平面短曝光光斑破碎成一系列的小光斑,这些破碎光斑的等效半径与爱里斑半径近似相等;接收器中心置于光轴轴心处,当接收孔径等于爱里斑直径时,接收的均值光强最大。

基于椭圆拟合法的湍流扰动光斑质心提取

由于现有椭圆拟合法在大气湍流扰动下提取光斑质心时存在抗干扰能力差、提取精度差等问题,激光通信系统伺服跟踪精度难以提升。为此,提出一种基于椭圆拟合的光斑质心快速提取方法。首先,根据湍流程度,使用遗传算法优化可变阈值分割并将其与形态学处理、边缘检测等操作结合提取光斑边缘。然后,将边缘特征点构成的集合分成不同大小的子集并将不同子集的散布矩阵叠加得到整个集合的散布矩阵。最后,采用直接最小二乘法求出拟合的椭圆参数,完成光斑质心提取。实验结果表明,在强湍流、掩模半径为120 pixel时,该方法的掩模内平均灰度强度比椭圆拟合法提高1.32 pixel,水平质心偏移降低4.59 pixel。该方法在不同程度的湍流扰动下可有效地实现光斑质心提取,在光斑破碎时依然可以保持高精度,可为空间激光通信的捕获、指向、跟踪系统的光斑质心提取提供技术支持。