光学稳像技术在空间通信中的应用研究

曲阳 曹显莹

[摘 要] 首先，对光学稳像技术进行了基本的介绍，包括光学稳像图像稳定的理论基础、成像的基本原理以及目前的发展情况。继而探讨光学稳像技术在空间通信中的一些具体应用，主要包括用于卫星间通信的激光稳瞄光学系统、稳像航空以及航天相机。通过研究探讨可以得出，空间通信在很多方面可以运用到光学稳像技术。

[关 键 词] 光学稳像技术；空间通信；图像稳定

[中图分类号] V443 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）19-0113-01

近年来，科学技术快速发展，光学稳像技术正在从静态成像向动态成像过渡，这适应当今空间通信技术的需要，使光学稳像技术越来越成为近年来光学专家的主要研究对象，同时，光学专家研究的重点还在于稳像航天以及稳像航空相机成像的问题。但是，目前航空航天相机在通信中的应用主要是搭载在高速运动的载体上，载体高速运动会干扰相机的分辨率，使相机的成像不稳定，降低航天航空相机的识别能力，特别是航空航天在运用光学技术成像时，当相机的放大倍率放得越大，干扰作用越强。所以，对光学稳像技术的研究对空间通信非常有意义。

一、光学稳像技术的介绍

科学技术的快速进步，为稳像技术提供了技术前提条件，各种稳像技术相继问世，其中，光学稳像技术是图像稳定技术中的一项重要技术，与机械稳像技术、电子稳像技术构成三大图像稳定技术。光学稳像技术原理主要是借助稳定机构的稳定作用，进而对整个光学仪器进行稳定或者只对光学仪器中的重要部件进行稳定。比如，当搭载高速运动的航天航空相机在成像受到干扰时，就可以矫正光学仪器成像，使其不受干扰，从而获得清晰稳定的图像，以满足科研的需要[1]。

光学稳像根据不同的参考系其稳像有所不同，在空间稳像上主要分为绝对空间稳像以及相对空间稳像，光学仪器中光学稳像装置也有很多种，在空间通信中常用的有折射部件以及光纤维式的。光学稳像技术在空间通信中比机械稳像技术适合，主要体现在稳像的系统上，机械稳像系统首先要求被稳定的部分必须是一个整体，同时体积大，并且质量同样要大，但是光学稳像只是针对光学系统的整体或某个部件进行稳定，被稳定的部分可以很小，质量也可以很轻，很满足空间通信的需求。因此，可以简单地说，稳像技术的研究如果取得良好的成果必然推动空间通信的发展，所以，本课题就光学稳像技术在空间的具体应用进行研究具有十分重要的意义[2]。

二、运用于卫星间通信的激光稳瞄光学系统

美国是最先将光学稳像技术运用于激光通信系统的国家，早在1981年，美国在白沙导弹靶场进行了一项实验，主要内容就是完善激光通信系统，使其能好地与空中的飞机进行通信并且取得了较好的成果，之后，各国加大对空间通信的研究，已经发展到卫星间的通信。卫星间的通信首先要解决的重要问题之一就是距离的问题，这对卫星的激光发射系统要求非常高，因为当激光发射系统发射光束时由于卫星的高速运动而导致光束偏离了原来预定的轨道，从而造成卫星间通信失败。而运用光学稳像系统能很好地解决上述问题，光学稳像系统所发的光束是稳定的激光束，光的发散角非常小，故而卫星间可以稳定地通信，因此，光学稳像系统也被称为激光稳瞄系统[3]。激光稳瞄系统有基准式稳瞄系统和随动式稳瞄系统，主要针对基准式稳瞄系统进行研究。对基准式稳瞄光学系统，当目标物出现在超远距离时，透镜上的像方节点与等效节点就会移动，当两者重合时，透镜就会跟随载体进行移动，此时像点的运动就是等效节点的运动，当接收器的位移与物镜后的光学元件后像节点位移一样，那么，基準式稳瞄光学系统就可以做到稳像。

三、稳像航空和航天相机

近年来，光学稳像技术在空间通信中的一个主要体现就是稳像航空和稳像航天相机方面，促进了空间通信的发展，大大提高了航空航天相机的成像稳定性，拍摄了许多非常有用的成品，为空间通信的建设提供了强有力的保证。航空相机稳像光学系统与航天相机稳像光学系统在相对稳像原理上不同，对航空相机稳像光学系统而言，其在稳像原理上是设定地面目标是静止的，忽略地球的自转，其反射镜是四块平面反射镜按照一定的规则顺序摆放而组成的，并且目标成像一直都是处于接收器的中心上，从而实现了相对稳像，而对航天相机稳像光学系统而言，其在稳像原理上设定考虑了地球的自转，当航天相机进行拍摄时，相机的底片与其本身的底边框会有一个相对的运动，继而保证接收器能稳定地接收到物像，从而实现相对稳像[4]。

总之，近年来，科学技术的快速发展，为光学稳像技术的发展提供了技术支持，促使光学稳像技术在空间通信中占的比重越来越高，运用于卫星间通信的激光稳瞄光学系统、航空相机稳像光学系统以及航天相机稳像光学系统相继问世，光学稳像技术在空间通信中的应用，必然推动空间通信向着更高一步发展。为促使国内空间通信技术可以更加稳定地发展，还需要在后续工作中对光学稳像技术持续改善。

参考文献：

[1]周庆才，王志坚，王春艳.光学稳像技术在空间通信及航空、航天中应用的探讨[J].空间科学学报，2004，24（1）：74-80.

[2]李浩洋，刘兆军，徐彭梅.浅谈空间光学遥感器稳像技术[J].航天返回与遥感，2010，31（6）：52-57.

[3]周庆才，王志坚，王春艳.基于稳像理论的空间光学遥感像移补偿的分析与计算[J].光学学报，2004，24（3）：413-417.

[4]王得宝，顾宏斌，高振兴，等.基于灰度投影的航空航天稳像技术研究[J].数字技术与应用，2014，45（12）：66-68.