光學穩像技術在空間通信中的應用研究

曲陽 曹顯瑩

[摘 要] 首先，對光學穩像技術進行了基本的介紹，包括光學穩像圖像穩定的理論基礎、成像的基本原理以及目前的發展情況。繼而探討光學穩像技術在空間通信中的一些具體應用，主要包括用于衛星間通信的激光穩瞄光學系統、穩像航空以及航天相機。通過研究探討可以得出，空間通信在很多方面可以運用到光學穩像技術。

[關 鍵 詞] 光學穩像技術；空間通信；圖像穩定

[中圖分類號] V443 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）19-0113-01

近年來，科學技術快速發展，光學穩像技術正在從靜態成像向動態成像過渡，這適應當今空間通信技術的需要，使光學穩像技術越來越成為近年來光學專家的主要研究對象，同時，光學專家研究的重點還在于穩像航天以及穩像航空相機成像的問題。但是，目前航空航天相機在通信中的應用主要是搭載在高速運動的載體上，載體高速運動會干擾相機的分辨率，使相機的成像不穩定，降低航天航空相機的識別能力，特別是航空航天在運用光學技術成像時，當相機的放大倍率放得越大，干擾作用越強。所以，對光學穩像技術的研究對空間通信非常有意義。

一、光學穩像技術的介紹

科學技術的快速進步，為穩像技術提供了技術前提條件，各種穩像技術相繼問世，其中，光學穩像技術是圖像穩定技術中的一項重要技術，與機械穩像技術、電子穩像技術構成三大圖像穩定技術。光學穩像技術原理主要是借助穩定機構的穩定作用，進而對整個光學儀器進行穩定或者只對光學儀器中的重要部件進行穩定。比如，當搭載高速運動的航天航空相機在成像受到干擾時，就可以矯正光學儀器成像，使其不受干擾，從而獲得清晰穩定的圖像，以滿足科研的需要[1]。

光學穩像根據不同的參考系其穩像有所不同，在空間穩像上主要分為絕對空間穩像以及相對空間穩像，光學儀器中光學穩像裝置也有很多種，在空間通信中常用的有折射部件以及光纖維式的。光學穩像技術在空間通信中比機械穩像技術適合，主要體現在穩像的系統上，機械穩像系統首先要求被穩定的部分必須是一個整體，同時體積大，并且質量同樣要大，但是光學穩像只是針對光學系統的整體或某個部件進行穩定，被穩定的部分可以很小，質量也可以很輕，很滿足空間通信的需求。因此，可以簡單地說，穩像技術的研究如果取得良好的成果必然推動空間通信的發展，所以，本課題就光學穩像技術在空間的具體應用進行研究具有十分重要的意義[2]。

二、運用于衛星間通信的激光穩瞄光學系統

美國是最先將光學穩像技術運用于激光通信系統的國家，早在1981年，美國在白沙導彈靶場進行了一項實驗，主要內容就是完善激光通信系統，使其能好地與空中的飛機進行通信并且取得了較好的成果，之后，各國加大對空間通信的研究，已經發展到衛星間的通信。衛星間的通信首先要解決的重要問題之一就是距離的問題，這對衛星的激光發射系統要求非常高，因為當激光發射系統發射光束時由于衛星的高速運動而導致光束偏離了原來預定的軌道，從而造成衛星間通信失敗。而運用光學穩像系統能很好地解決上述問題，光學穩像系統所發的光束是穩定的激光束，光的發散角非常小，故而衛星間可以穩定地通信，因此，光學穩像系統也被稱為激光穩瞄系統[3]。激光穩瞄系統有基準式穩瞄系統和隨動式穩瞄系統，主要針對基準式穩瞄系統進行研究。對基準式穩瞄光學系統，當目標物出現在超遠距離時，透鏡上的像方節點與等效節點就會移動，當兩者重合時，透鏡就會跟隨載體進行移動，此時像點的運動就是等效節點的運動，當接收器的位移與物鏡后的光學元件后像節點位移一樣，那么，基準式穩瞄光學系統就可以做到穩像。

三、穩像航空和航天相機

近年來，光學穩像技術在空間通信中的一個主要體現就是穩像航空和穩像航天相機方面，促進了空間通信的發展，大大提高了航空航天相機的成像穩定性，拍攝了許多非常有用的成品，為空間通信的建設提供了強有力的保證。航空相機穩像光學系統與航天相機穩像光學系統在相對穩像原理上不同，對航空相機穩像光學系統而言，其在穩像原理上是設定地面目標是靜止的，忽略地球的自轉，其反射鏡是四塊平面反射鏡按照一定的規則順序擺放而組成的，并且目標成像一直都是處于接收器的中心上，從而實現了相對穩像，而對航天相機穩像光學系統而言，其在穩像原理上設定考慮了地球的自轉，當航天相機進行拍攝時，相機的底片與其本身的底邊框會有一個相對的運動，繼而保證接收器能穩定地接收到物像，從而實現相對穩像[4]。

總之，近年來，科學技術的快速發展，為光學穩像技術的發展提供了技術支持，促使光學穩像技術在空間通信中占的比重越來越高，運用于衛星間通信的激光穩瞄光學系統、航空相機穩像光學系統以及航天相機穩像光學系統相繼問世，光學穩像技術在空間通信中的應用，必然推動空間通信向著更高一步發展。為促使國內空間通信技術可以更加穩定地發展，還需要在后續工作中對光學穩像技術持續改善。

參考文獻：

[1]周慶才，王志堅，王春艷.光學穩像技術在空間通信及航空、航天中應用的探討[J].空間科學學報，2004，24（1）：74-80.

[2]李浩洋，劉兆軍，徐彭梅.淺談空間光學遙感器穩像技術[J].航天返回與遙感，2010，31（6）：52-57.

[3]周慶才，王志堅，王春艷.基于穩像理論的空間光學遙感像移補償的分析與計算[J].光學學報，2004，24（3）：413-417.

[4]王得寶，顧宏斌，高振興，等.基于灰度投影的航空航天穩像技術研究[J].數字技術與應用，2014，45（12）：66-68.