基于数字图像处理技术的卫星激光测距控制系统改进的研究

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卫星激光测距作为现代空间大地测量手段,在现代空间大地测量领域发挥着重要的作用。国际大地测量协会(IAG)提出全球大地测量观测系统(GGOS)项目,作为IAG成员之一的国际卫星激光测距组织(ILRS)提出适应GGOS产品精度的要求,要求各台站提高测距精度,提升激光测距系统的自动化程度,降低运行成本。长春SLR站作为国际激光测距服务组织的重要观测台站,每年都承担着大量的观测任务。为了适应新的需求,长春SLR站需要进一步完善测距系统,改进自动化程度、提高工作效率。  本研究内容为长春站卫星激光测距控制系统的一部分,主要工作是利用图像处理的方法来解算卫星和激光光尖相对于灵敏区的位置参数,通过程序引导望远镜进行精密跟踪、控制光束精确指向目标,减少人工搜索卫星和调整激光的这部分工作。首先分析了望远镜指向偏差来源,提出了基于图像处理技术的激光测距系统指向偏差的改进方法。搭建了图像处理子系统平台,利用图像采集卡实时采集卫星激光测距图像。通过分析卫星观测系统中的图像特点以及对处理过程的特殊要求,提出了对激光测距图像处理的主要方法:对图像进行预处理,利用滤波技术去除噪声;阈值分割,搜寻图像中感兴趣目标;用矩法计算卫星质心坐标;利用Sobel算子对光束图像进行边缘提取;通过直线拟合,求解光尖位置坐标。利用网络通信的方式向控制系统发送解算出来的数据,一方面控制系统根据望远镜脱靶量信息调整望远镜的跟踪状态;另一方面,激光控制系统根据光尖坐标位置修正激光束指向。该方法应用于实际激光测距系统,取得了较好的结果。实验结果表明,本文算法得到的脱靶量信息误差在1-2个角秒,可以满足卫激光测距系统的精度和实时性要求,具有实际意义和应用价值。
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