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空间激光通信捕获、对准、跟踪系统动态演示实验

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中国激光 2014年第3期41卷 125-130页

作者：赵馨宋延嵩佟首峰刘云清长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学空间光电技术研究所吉林长春130022 长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130022

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... 详细信息

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。

关键词：光通信空间激光通信动态实验捕获对准跟踪系统捕获概率跟踪精度

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基于四像限探测器的光斑检测跟踪技术

中国激光 2010年第7期37卷 1756-1761页

作者：赵馨佟首峰刘云清宋延嵩姜会林长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

主要解决空间激光通信精跟踪系统光斑实时检测与跟踪的问题。针对四像限探测器的特点,使用两级增益放大、数字信号处理(DSP)、振镜等系统,完成光斑实时检测与跟踪。对系统组成原理与设计原理进行了详细论证。搭建实验系统完成了相关实... 详细信息

主要解决空间激光通信精跟踪系统光斑实时检测与跟踪的问题。针对四像限探测器的特点,使用两级增益放大、数字信号处理(DSP)、振镜等系统,完成光斑实时检测与跟踪。对系统组成原理与设计原理进行了详细论证。搭建实验系统完成了相关实验。实验表明在入射光功率为1.3μW时,四像限探测器可实现位置分辨率1.6μm,角度分辨率0.8μrad,在整个光敏面内具有80细分的能力,跟踪精度在1倍方差时为2.1μrad。系统设计时以DSP作为数据处理与控制系统核心,具有体积小、参数修改方便和便于工程化等优点。

关键词：空间激光通信四像限探测器光斑脱靶量检测与跟踪数字信号处理

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卫星光通信系统振动源的模拟设计

光学学报 2016年第12期36卷 67-73页

作者：刘洋宋延嵩佟首峰常帅于笑楠安喆长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

为了便于空间激光通信中捕获、跟踪性能的测试,提出了一种卫星振动模拟源系统设计方案。该系统主要由上位机借助LabVIEW软件解析标准振动功率谱密度函数,将模拟出的平台振动信号传给以STM32F4为核心的控制系统,驱动振镜进行俯仰、方位... 详细信息

为了便于空间激光通信中捕获、跟踪性能的测试,提出了一种卫星振动模拟源系统设计方案。该系统主要由上位机借助LabVIEW软件解析标准振动功率谱密度函数,将模拟出的平台振动信号传给以STM32F4为核心的控制系统,驱动振镜进行俯仰、方位摆动。借助欧空局设计的SILEX平台模型,推导验证了本方案的可行性,并搭建实验现场,通过探测器对光斑脱靶量进行了实时监测,分析了脱靶量功率谱,同时对在实际应用中产生的伪随机序列进行了优化与处理。实验结果表明,设计的振动源幅值精度优于2μrad,模拟结果真实有效。另外由于其频率可调节,模拟系统幅度可达±10mrad,故易于模拟不同的标准模型,为复合轴捕获、跟踪和瞄准(APT)的实验室验证提供了条件。

关键词：光通信模拟源卫星振动捕获、跟踪和瞄准 SILEX平台

基于改进加速度惯量反馈的机载激光通信平台稳定策略

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光学学报 2021年第23期41卷 67-76页

作者：曲正常帅董岩宋延嵩长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室吉林长春130022

在闭环控制回路中引入限幅型加速度惯量反馈和扩张状态观测器复合的优化算法,保证机载激光通信平台对瞬态阶跃响应的稳定性,优化了平台对环路各阶扰动的抑制能力。从系统扰动响应的角度对常规加速度惯量反馈算法进行阐述,分析了该算法... 详细信息

在闭环控制回路中引入限幅型加速度惯量反馈和扩张状态观测器复合的优化算法,保证机载激光通信平台对瞬态阶跃响应的稳定性,优化了平台对环路各阶扰动的抑制能力。从系统扰动响应的角度对常规加速度惯量反馈算法进行阐述,分析了该算法的输入输出(I/O)特性和扰动抑制能力,并指出它在实际应用中存在的问题。逐一地引入限幅算法、降阶扩张状态观测器对常规加速度惯量算法进行分步改进,给出改进过程中的性能分析和特性分析。搭建仿真模型和物理实验对所提优化算法进行验证。实验结果表明:当平台以70(°)/s的速度阶跃时,改进后的控制环路的阶跃超调量幅值约为比例-积分-微分(PID)控制环路的50%;当平台进行5(°)/Hz的空间扰动隔离时,与PID控制环路相比,改进后的平台对信标光的动态稳定精度从198μrad[均方根(RMS)统计方式]提升至14.28μrad(RMS),控制环路的动态扰动隔离度有11.42 dB的优化表现。

关键词：光通信加速度惯量反馈机载激光通信平台光轴稳定扩张状态观测器扰动响应扰动隔离

空间激光通信精跟踪单元的高精度快速PZT驱动技术研究

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仪器仪表学报 2011年第2期32卷 420-425页

作者：任斌佟首峰宋延嵩陈安松长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室长春130022

为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要。在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹... 详细信息

为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要。在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹波,带宽等各项性能指标进行测试,得以验证该驱动电源的性能满足了整个精跟踪系统的跟踪精度保持在3μrad左右的前提条件。

关键词：空间激光通信复合轴系统精跟踪压电陶瓷振镜驱动

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基于飞艇平台激光通信系统的捕获性能研究

光学学报 2018年第6期38卷 78-84页

作者：滕云杰宋延嵩佟首峰张敏长春理工大学光电工程学院长春理工大学空地激光通信国防重点学科实验室

针对飞艇平台的运动特性,优化设计了飞艇-船激光通信系统的捕获方案;针对小束散角远距离通信系统捕获时间长的难题,提出了粗精复合扫描策略。重点分析了粗精复合扫描的工作原理和捕获过程中的影响因素,同时依据飞艇的运动速度和平台振... 详细信息

针对飞艇平台的运动特性,优化设计了飞艇-船激光通信系统的捕获方案;针对小束散角远距离通信系统捕获时间长的难题,提出了粗精复合扫描策略。重点分析了粗精复合扫描的工作原理和捕获过程中的影响因素,同时依据飞艇的运动速度和平台振动特性,设计了粗精复合扫描策略中重叠区域、捕获视场、扫描速度、运动补偿等重要参数;通过仿真分析,并结合外场飞艇对船舶实验进行了验证,在束散角为400μrad的条件下,捕获时间达到62.7s。

关键词：光通信飞艇平台运动补偿粗精复合扫描

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难点注意力感知红外小目标检测网络

中国光学（中英文） 2024年第3期17卷 538-547页

作者：王伯霄宋延嵩董小娜长春理工大学光电工程学院吉林长春130000 长春理工大学空间光电技术研究所吉林长春130000

随着飞行器机动性能的提升,多帧红外小目标检测方法不足以满足检测要求。近年来,基于深度学习的单帧红外小目标检测方法取得了巨大成功。然而,红外小目标通常缺少形状特征,而且边界与背景模糊不清,给准确分割带来了一定的挑战。针对上... 详细信息

随着飞行器机动性能的提升,多帧红外小目标检测方法不足以满足检测要求。近年来,基于深度学习的单帧红外小目标检测方法取得了巨大成功。然而,红外小目标通常缺少形状特征,而且边界与背景模糊不清,给准确分割带来了一定的挑战。针对上述问题,本文提出难点注意力感知红外小目标检测网络。通过基于点的区域建议模块获取目标潜在区域,同时滤除多余背景。为实现高质量分割、细化掩码边界模块、判断粗掩码中无序、非局部难以分辨点,融合这些难点的多尺度特征,进行逐像素注意力建模。最后,由点检测头对难点注意力感知特征重新预测,生成精细分割掩码。在公开数据集NUDT-SIRST和IRDST上进行测试,平均精度均值mAP达到87.4和63.4,F值达到0.8935和0.7056。本文提出的难点注意力感知红外小目标检测网络可在多检测场景、多目标形态下实现准确分割,抑制误报信息,同时控制计算开销。

关键词：目标检测深度学习红外成像红外小目标检测注意力机制

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基于现场可编程门阵列单探测器复合轴控制技术

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光子学报 2014年第4期43卷 22-28页

作者：宋延嵩佟首峰董岩赵馨长春理工大学空地激光通信国防重点学科实验室长春130022

为了解决空间激光通信系统中单探测器复合轴结构的粗精解耦难题,通过分析二维关联控制矩阵,得出粗精跟踪解耦的必要条件,提出了一种单探测器复合轴结构的工作方式.在跟踪过程中,相机直接配合子轴执行器完成精跟踪工作,而主轴的跟踪信息... 详细信息

为了解决空间激光通信系统中单探测器复合轴结构的粗精解耦难题,通过分析二维关联控制矩阵,得出粗精跟踪解耦的必要条件,提出了一种单探测器复合轴结构的工作方式.在跟踪过程中,相机直接配合子轴执行器完成精跟踪工作,而主轴的跟踪信息由子轴的角度偏转器来提供,同时所有的图像处理算法、位置检测算法、以及粗精伺服控制算法都在现场可编程门阵列中实现,完成了系统的轻小型化设计.实验搭建了测试系统,并对现场可编程门阵列硬件和系统跟踪性能进行测试,结果表明单探测器复合控制系统可以实现跟踪准确度优于3μrad,为工程化奠定了良好的基础.

关键词：单探测器复合轴控制粗精解耦控制矩阵现场可编程门阵列高准确度轻小型

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多级复合环路光学锁相环技术研究

光学学报 2018年第5期38卷 66-72页

作者：赵馨董岩刘洋宋延嵩常帅长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130022 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室吉林长春130022

星间相干通信系统其多普勒频移达到了吉赫兹量级,同时受到调谐激光器线宽、相位噪声的影响,对光学锁相环路系统提出了高要求。依据科斯塔斯锁相环技术原理,将温度调谐、压电陶瓷(PZT)调谐、声光移频器(AOFS)调谐复合到一起,通过内环与... 详细信息

星间相干通信系统其多普勒频移达到了吉赫兹量级,同时受到调谐激光器线宽、相位噪声的影响,对光学锁相环路系统提出了高要求。依据科斯塔斯锁相环技术原理,将温度调谐、压电陶瓷(PZT)调谐、声光移频器(AOFS)调谐复合到一起,通过内环与外环方式对本振激光器进行调控,实现光学锁相功能。搭建实验测试系统对环路性能进行测试,结果表明:此系统可达到锁相范围为4GHz,锁相带宽为1.7 MHz,实现了信号光与本振光之间的多普勒频移跟踪、激光器线宽补偿及相位快速锁定,最终相位残余误差5.1°。

关键词：光通信多普勒频移光学锁相环调谐激光器复合环路