一种大尺寸目标激光雷达成像技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达成像技术领域，设及一种大尺寸目标激光雷达成像技术。
【背景技术】
[0002] 大尺寸目标激光散射成像是民用工业、国防和航天等领域中一项重要成像技术。 激光成像即包括目标在探测方向上强度像和在目标沿视线投影的距离像。激光散射=维相 干成像技术是具有重要军事和民用应用前景的技术。激光散射距离成像技术是利用窄脉 冲激光束照射复杂目标，产生目标二维强度分布、一维距离像的=维信息，根据目标（如弹 头、目标等）的不同自身结构，通过目标上各单元到探测器距离不同的散射回波的相干探 巧。，获取运动目标上相应各点的回波强度、距离像W及相对径向距离，从而获得目标形状特 征信息的技术。
[0003] 在常用的激光波长下，目标应视为粗趟体。当粗趟物体处于运动状态时，散射信号 包含目标的距离-强度图像信息，目标为复杂粗趟散射体，目标上个面元法向矢量并不相 同，各面元的激光散射回波特征也必不相同。根据目标距离-强度等相关物理因数建立起 来的目标激光=维图像称为目标激光散射距离像。
[0004] 激光雷达成像（LaserRadarImaging)是一种新的激光雷达探测技术，它可W进 行目标探测，目标鉴别和目标状态分析。该对任何民用、工业及国防复杂环境中的目标光学 特性的理论预估、实验数据获取建模建库、特征提取与识别具有重要的意义。
[0005] 国内外现状和发展趋势
[0006] 目标一维距离成像最早是在雷达微波波段开展研究工作，随着激光雷达技术的出 现，目标一维距离像仿真也从微波段向光学波段拓展。在微波波段，雷达目标识别（radar targetidentification,简称RTID)技术就是其中一个非常有潜力和发展前途的应用领 域。五、六十年代W来，国内外也在RTID方面投入了大量的精力并在其理论探索和实验研 究方面都获得了许多卓有成效的成果。按雷达工作频段划分，RTID可粗略地分为低频区 (或目标谐振区）的RTID和高频区（或目标光学区）的RTID。低频区或谐振区的RTID大 多数方法是建立在基于目标极点（自然频率）的电磁理论基础上的，其基本假设是目标极 点不变性。
[0007] 现代雷达的发展趋势是高带宽、短脉冲，对应的识别技术是光学区的RTID。在高频 区进行RTID，优点之一是可使用宽带波形信号，从而得到高距离分辨率。光学区RTID研究 的前提是获得目标的散射中屯、分布，其途径主要有两种；一是通过实验确定，二是由电磁理 论计算得到。不管是采用哪一种方法，其散射中屯、模型只适用于一定波段，一定目标材料， 并且与目标姿态和观测角度密切相关。目前光学区RTID研究主要使用预先得到的散射中 屯、模型，因此无法对不同姿态、不同材料目标的距离像进行仿真研究。部分学者从电磁散射 理论出发，采用高频近似方法直接计算出目标的一维距离像，并与散射中屯、模型计算结果 进行比较，发现相当吻合，该方法显然具有更大的灵活性。
[000引激光成像雷达依据目标激光一维距离像和多普勒散射信号建立起来一种用于回 波测距、定向，并通过位置、径向速度及物体反射特性识别目标，体现了特殊的发射、扫描、 接收和信号处理技术的目标识别探测系统，具有如下显著优点；（1)分辨率高，能够辨别真 伪目标；似图像稳定，抗干扰能力强，不受昼夜、季节、气候、温度、照度变化的影响；做提 供目标的精确距离、方位和速度数据。鉴于W上该些特点，它在雷达成像技术领域中是一个 全新的概念，也是近年来迅速发展的一项高新技术，特别是在航天领域具有广泛的用途，受 到了各国空间探测及航天部口的极大关注。
[0009] 目前有关激光一维距离成像及其多普勒散射特征试验和理论计算仿真，公开发表 的论文很少。为了获取和传感更多的信息，美国等先进国家十分重视目标的激光散射及距 离多普勒成像的特征提取、模化技术。美国空军部队和导弹防御司令部正在通过实施具有 识别能力的先进激光雷达技术（ADLT)计划来发展该项先进技术，采用距离分辨多普勒成 像（RRDI)激光雷达导引头来发展激光捜索技术W增强外空间目标的识别能力。由Textron 公司制造的激光雷达发射几种波长接近11ym、ll. 15ym的激光脉冲，根据激光往返时间 确定目标距离，用多普勒频移确定目标速度，并可W利用获得的信息确定目标的尺寸和形 状，获得目标的多普勒图像。在毛伊岛空间监视站的试验期间，该激光雷达不仅探测到距离 达24km的直升机，而且确定了直升机旋翼奖叶的个数和长度、旋翼的间距和转速。由加利 福巧亚化曲es研究试验室建立起来的（RD-TRIM巧激光雷达多普勒成像系统能够检测和识 别出圆盘和圆球等简单目标的多普勒成像。MIT的Lincoln实验室依据多普勒原理，1975 他们开始建立的FirepondI地基相干激光多普勒成像雷达，1990年利用该设备Firepond II对Wallops岛发射火箭发射出来得真假弹头进行识别，1991年MIT的Lincoln实验室和 美国FordAerospaceandcommunication公司A.L.Kachelmyer和DavidP.Nordquist. 利用检测中屯、获取目标的激光多普勒像，从理论上给出了简单目标信号检测的检测口限， 1999年该项成像系统能够检测空间飞行平台的运行姿态。1993年美国战术导弹防御组织 和海军研究机构化ilipGart等人开展了单一孔径激光雷达试验研究，旋转圆柱粗趟表面 激光雷达多普勒光谱。MonicaL.Mindend等人对输出波长为1.5ym锁模激光器采用伪随 机编码输出，并利用光纤对信号进行检测，获取了目标激光距离多普勒像（RRDI)。2000年 英国的DefenceEvaluationandresearchAgencyR.M.Jenkins等人和美国Technology DevelopmentColorationT.Papetti等人合作用波导谐振腔等光学集成系统用10. 6ym 激光对旋转圆锥体成距离多普勒像实现了目标微运动检测。2001年2004年利用相干激光 雷达通过多普勒频率展宽检测振动目标的速度。2004年美国国防高级研究计划局值ARPA) 和美国国防部中小企业创新计资助课题采用高灵敏度的相干激光传感系统对中段目标进 行实时模拟，包括了距离和多普勒信号的测量（R畑I，即距离高分辨多普勒图像），激光传 感器的波长相应范围1064皿~1550皿，脉冲的返回精度为lOps，调制带宽为2GHz，入射脉 冲的编码为100ms，中段探测目标的距离450km。英国的Searchwater雷达利用高分辨率目 标距离像反映的目标长度信息和结构信息，完成了对舰船目标的识别。国内有关激光散射 成像及其距离多普勒成像等方面研究和国外已经报道的文献比较还有很大的差距，大部分 工作都在激光雷达一维或者=维成像该一方面，或者在基于激光多普勒效应的进行气象、 流体流速测量等等。
[0010] 国内有关激光散射一维成像及其距离多普勒散射特征等方面研究和国外已经报 道的文献比较还有很大的差距。哈工大等几个院校和研究所在试验上完成了激光雷达扫描 成像。而基于目标激光多普勒散射特征研究方面，除了中国兵器工业第210研究所利用外 差探测激光雷达的多普勒测距成像可对旋转点目标进行高分辨率成像外，大多集中在进行 气象方面如风速、大气污染度鉴定，或者流体流速测量方面的研究。目前，国家973课题就 空间目标光学特性展开研究设计到了激光散射成像一些问题。有关该一方面公开发表的文 献国内外理论研究还比较少，该无疑开展此项目研究工作，在技术创新上具有重要的意义。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于提供大尺寸目标激光雷达成像技术仿真，解决了目前国内还没 有关于激光散射一维成像及其距离多普勒散射特征等方面研究的问题。
[0012] 本发明所采用的技术方案是按照W下步骤进行：
[0013] 步骤1 ;首先构建激光雷达总的散射功率方程：
[0014] Ps(t) =Pc(t)+Pf(t) (1)
[0015] P,(t)是总的散射功率，Pt(t)为相干散射功率，Pf(t)为非相干散射功率；
【主权项】
1. 一种大尺寸目标激光雷达成像技术，其特征在于按照以下步骤进行： 步骤1 :首先构建激光雷达总的散射功率方程： Ps (t) = Pc(t)+Pf(t) (1) Ps (t)是总的散射功率，Pe(t)为相干散射功率，Pf (t)为非相干散射功率；
其中PiS入射激光脉冲功率，P ^目标和入射光之间的距离；W ^波束半径；Ictl波矢量； S'被探测目标的表面；Tai是发射源到目标的大气传输率；Tl t是发射系统光学效率；Φ = 是波束宽度；Ta2是目标到接收机的大气传输率；η ^是接收系统光学效率；D是接收 口径。为标上的点到Gauss波束轴距离的平方。c^(?')单位面积上非相干散射截面， σ g单位面积上相干散射截面，R菲涅反射系数，X (-21^)粗糙面起伏特征函数； 步骤2 :以本发明公式（1)对球形目标或者锥形目标进行激光一维距离像仿真。
【专利摘要】本发明公开了大尺寸目标激光雷达成像技术仿真，首先构建激光雷达总的散射功率方程：Ps(t)＝Pc(t)+Pf(t)，Ps(t)是总的散射功率，Pc(t)为相干散射功率，Pf(t)为非相干散射功率；对球形目标或者锥形目标进行激光一维距离像仿真。本发明的有益效果是：通过对大尺寸目标激光雷达成像技术仿真为开展实验测试或者激光雷达工程应用提供有益的技术补充，有效的技术支持。
【IPC分类】G01S17-89, G01S7-497
【公开号】CN104865564
【申请号】CN201510251165
【发明人】王明军, 弓树宏, 吴振森, 曹运华
【申请人】王明军, 弓树宏
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月19日