为了解决多线激光雷达在三维空间重构任务中数据吞吐量过大导致运算负担过重以及扫描俯仰范围有限的问题, 本文提出了一种利用单线激光雷达与惯性测量单元GNSS/INS相互结合的多站点扫描空间重构方案及相应解算方法。首先使用单线激光雷达扫描待测空间获取三维尺度信息, 然后将点云数据与对应的任意方向的航向角相结合, 再利用四元数姿态解算获取各站点扫描的点云图像。为提高计算效率, 使用迭代最近点算法实现站点间点云配准时, 对待匹配点云数据筛选并更新。实验结果表明: 在保留点云数字特征前提下, 单线激光雷达与GNSS/INS系统能够提高76%的运算速率。本文提出的硬件方案和解算方法不但能够实现较高的配准精度, 与多线激光雷达方案相比工程成本也得到显著下降。

设计了一种采用波长为650 nm的单色红光为光源,焦距为450 mm,D/f′=1∶9.375,视场角2w=0.6°的摄远物镜,主要应用在自准直仪上,利用其筒长小于系统焦距的特点,可以使仪器的体积更加小巧,方便携带。摄远结构可校正系统的球差、彗差、色差、象散和场曲。采用波长为650 nm的红光光源,所以不用考虑色差的因素。摄远结构筒长L与系统焦距f ′之比控制在2/3~3/4之间,摄远比达到了0.54。MTF曲线也达到了衍射极限,可有效提高检测精度,仪器的测量范围在1.5 m之内。最后推导出了通过修调正负镜组之间的间隔来对仪器的示值误差进行补偿公式。

使用单幅图像进行特定目标的检测是机器视觉领域的重要任务之一。利用机器学习的方法, 使用LSVM分类器进行人形目标的检测。该方法提取图像的HOG(梯度方向直方图)特征和其对应的可变形部件来描述目标的外形特征, 能够较好地解决目标由于运动而产生外形变化的问题。对常见公共区域场景进行数据采集并随机抽取了200张图像, 使用所述方法对其中共1 100个人形目标进行检测, 正确率识别率为78.3%。结果表明该方法具有一定的可行性和稳定性, 能够较好检测出单幅图像中的人形目标并加以标注。但对于某种程度有所遮蔽的人形目标则会产生漏检的现象。

数据传输与精密测距是导航卫星实现精密定位、时间同步的前提。应用激光方式实现星间数据传输与测距，在增加系统抗干扰性、保密性、抗截获能力的同时，可以显著提高系统的通信速率与测距精度，从而增加导航卫星自主导航能力。根据星间链路特性，结合现有激光通信、测距技术提出了一种采用相干探测与数据帧相结方式的测通体制，给出了复合系统组成原理及工作流程。考虑实际导航卫星星座，应用STK 软件完成可通率、链路距离、多普勒频移等链路特性分析。在给定链路距离、光学系统参数情况下对星间链路功率进行了预算。

针对空间激光通信中精跟踪光斑检测的特点与要求,本文提出使用自动增益调整的方法来克服光强饱和效应。该方法根据空间激光光斑变化原理与特点,采用DSP 器件作为核心处理器,完成光斑中位置计算、平滑滤波等功能。实验结果表明本系统不但能够实时输出光斑脱靶量,而且还能够根据不同的输入光功率,自动调整系统增益,从而克服由于光强饱和而造成的光斑检测失效;通过实际测量四象限探测器的转移特性曲线,表明本系统可以实现高精度光斑检测,角度分辨率为10.1 μrad,经数字滤波后器件细分能力提高1 倍。同时该系统可以通过外部配置调整滤波器阶数、正交补偿角等内部参数。

提出了对飞机-地面间激光通信系统天线视轴进行初始对准的方法。论证了系统的硬件组成和算法原理,对实验数据进行了分析。应用GPS、INS等器件测定通信双方的位置、姿态等参数,通过坐标转换矩阵解算了通信双方互指的方位角和俯仰角。给出了距离为12.5 km两个通信点上的模拟初始对准实验数据,实现了视轴初始对准,确定了捕获不确定区域大小为35 mrad。实验表明,该系统可实现通信视轴初始对准,为天线扫描打下基础。