激光主动探测中的“猫眼”目标识别定位算法

激光主动探测是利用光学系统的“猫眼效应”对敌方侦察设备进行探测识别的技术,其核心技术是利用回波精准地找到敌方光学探测器的位置,从而实施对探测器的干扰或其他措施。构建了激光主动探测中激光传输的基本模型,讨论了大气衰减、离焦量和入射角度等多种条件对激光主动探测的影响;基于激光主动探测的光电回波图像,以实际探测过程中的激光传输特性为基础,创造性地提出了回波功率、目标大小、目标形状3种判据,与传统目标检测算法相结合,实现了对敌探测设备的精确识别定位;通过实例检验,验证了该算法相较于传统算法具有更好的识别能力,且具有较强的通用性和一定的实战应用价值。

脉冲激光探测平面目标特性对测距分布的影响

针对脉冲激光近程探测系统平面目标特性影响测距分布的问题,推导了平面目标脉冲响应方程和脉冲激光回波方程,分析了不同平面目标倾斜角、激光发射发散角和激光发射脉宽对激光回波展宽的影响.基于脉冲激光回波方程和恒阈值时刻鉴别方法,推导了平面目标的测距概率密度函数解析式,并理论仿真分析了不同平面目标倾斜角、激光发射功率、激光发射发散角及阈噪比对测距统计特性分布的影响.运用蒙特卡罗算法进行全波形模拟测距实验;搭建脉冲激光测距实验环境,进行20 m测距实验.实验结果表明:理论仿真、蒙特卡罗模拟实验与实际实验的测距概率密度分布基本一致,随着平面目标倾斜角的增大,测距均值和测距方差增大;当倾斜角度为0°,20°,40°,60°时,回波信噪比高于阈噪比,测距分布呈现高斯分布;当倾斜角度为70°时,回波信噪比低于阈噪比,分布不再呈现高斯分布,呈现上升沿缓下降沿陡的分布特性.研究结果为研究目标平面特性对脉冲激光探测测距分布的影响提供了理论依据.

低信噪比下机载多脉冲激光雷达姿态不敏感性特征提取研究（英文）

针对纳秒量级脉宽机载多脉冲激光照射目标的回波波形,提出几何分割比这一目标姿态不敏感特征,给出了特征提取算法,可用于与激光目标运动状态结合开展目标检测与跟踪。首先,基于激光目标波形数学模型分析目标波形与目标特征的关系,指出激光目标的几何分割比特征具备姿态不敏感特性。接着,结合目标特征提取对目标波形和噪声不失真分离的要求,提出在小波域利用对称小波基进行改进Donoho阈值降噪处理,在时域利用小波重构信号阈值获取目标波形序列,再由一阶二阶差分计算检测目标波形峰值点,进而提取激光目标散射中心及几何分割比等特征。最后,通过仿真实验验证算法在低信噪比下提取激光目标特征信息的有效性。在与机载多脉冲激光目标模拟器联试实验中,利用文中算法提取激光目标特征结合目标的运动状态信息,开展多帧相关匹配检测,多脉冲激光目标检测的可靠性明显提高。

激光回波波形分析小目标检测成像方法

通过信息处理提高激光成像对目标信息的感知和获取能力是该领域重要的研究方向。现有激光成像系统的分辨率上限取决于目标处成像光斑的大小,在仅利用回波时延和强度信息的前提下,光斑内小目标回波信号被背景目标信号所掩盖,难以有效实现对小目标的信息提取与检测成像。通过建立激光成像回波信号模型,构建了激光回波分解和子目标信号提取算法,可以有效恢复出激光回波信号中被掩盖的小目标回波信息,从而实现对光斑内小目标检测成像,提高激光成像的信息获取能力。对真实数据的实例分析验证了该方法的有效性。

脉冲激光引信探测平面目标的回波特性研究

针对脉冲激光引信在高速动态试验时测距精度低的问题,建立了平面目标的脉冲激光回波模型。基于激光雷达方程并结合实际的发射波形与光强分布,利用解析方法推导了平面的回波信号功率方程。在充分考虑目标表面特性与结构尺寸基础上,仿真分析了不同参数对回波波形与信噪比的影响。对脉冲激光引信进行了回波试验,结果表明:实际回波波形与数值计算得到的回波波形保持一致,且峰值随着入射角的增大而衰减,峰值时刻前移。研究结果可为脉冲激光引信在高速动态条件下实现高精度测距提供理论参考依据。

基于双向反射函数的水下激光引信回波仿真方法

针对鱼雷激光近炸引信探测水下近场目标的需求,开展了水下激光引信回波蒙特卡洛仿真方法研究.结合水下激光引信探测特点建立水下目标回波的蒙特卡洛仿真模型.为了提高水中非朗伯目标表面回波仿真的准确度,推导了基于双向反射函数的光子反射方向概率分布,根据概率分布随机抽样光子反射方向.仿真了不同距离和入射角度条件下的水中目标回波信号.仿真结果表明：目标回波幅度随目标距离和入射角度的增大迅速下降,目标距离在6~12m内变化时,信号峰值动态范围为11.5dB;目标距离为8m,激光入射角在0~45°内变化时,信号峰值动态范围为9.2dB.为验证仿真方法的正确性,在水池中进行水中目标蓝绿激光探测实验,实验结果和仿真结果一致.研究成果可为解决传统蒙特卡洛方法在水中非朗伯面目标回波仿真中的适用性问题及水下激光引信优化设计提供参考.

激光近炸引信半实物仿真与性能验证系统

研制该系统是为进一步完善激光引信的试验评测体系,为激光引信的性能测试及设计改进提供可重复进行的、量化的标准方法和全面的作战环境模拟。介绍了激光近炸引信半实物仿真及性能验证平台的系统组成、工作原理和关键技术。采用高速滑轨及姿态控制装置模拟弹目交会过程,目标及背景模拟装置模拟激光引信作战环境,通过采集、分析激光引信实物样机的回波、状态信息验证引信性能,采用FPGA开发平台对激光引信信息处理算法进行仿真验证,数字仿真平台开展激光引信虚拟设计验证。研制激光回波高速采集存储设备、模拟设备,建立激光引信数字仿真关键模型,解决了激光引信半实物仿真研究中的关键问题。该系统的建立可以克服外场试验人力物力耗费大、重复性差等弊端,缩短研制周期,降低研制成本拟合的方法。

基于目标波形模型的多脉冲激光雷达目标信号模拟

多脉冲激光雷达发射数个至数百个高重频激光照射目标,利用多脉冲回波累加实现信号积累。多脉冲激光目标检测性能的验证需要基于目标回波波形模型的动态目标信号模拟。脉冲激光目标回波波形可以由激光发射、信道传播、目标反射等环节之间的卷积传递关系加以建模。文中首先通过建立各环节的数学描述得到了回波波形的连续卷积模型。接着,针对积分解析模型不利于工程实现的问题,基于发射脉冲距离分辨单元提出了离散算法实现特定外形目标激光回波波形序列的直接计算。结合远程飞机目标的回波信号仿真,指出了回波波形与目标特性的内在联系,并通过实验进行了可信性验证。最后,应用文中模型及方法给出了多脉冲激光雷达动态目标模拟器的研制实现,为开展多脉冲激光目标检测研究提供必要的验证测试条件。

单光束扩束扫描激光周视探测系统参数对探测能力的影响

针对现有单光束激光同步扫描周视探测对脉冲重复频率要求较高,难以实际应用的问题,提出单光束扩束扫描激光周视探测方法.基于单光束扩束扫描激光周视探测工作原理,推导了最低扫描频率和脉冲频率解析式;分析了圆柱目标回波特性及关键参数截面衰减系数,建立了脉冲扩束激光圆柱目标回波功率数学模型,讨论了系统参数对截面衰减系数的影响,得到最大相邻脉冲光束夹角表达式;重点分析了脉冲频率、光束角和光束入射角对不同直径目标的探测能力的影响;得到了探测系统对典型条件下最大光束角、最低脉冲频率的计算方法.结果表明,对扫描光束稍加扩束可有效降低脉冲重复频率要求.研究结果可为单光束脉冲激光周视探测系统设计、优化提供理论依据.

脉冲激光周向探测地面目标捕获建模与仿真

针对对地攻击火箭弹单发毁伤概率低的问题,设计了一种激光周向探测系统,旨在提高对地攻击火箭弹的目标捕获概率。推导了平面目标脉冲激光回波波形的解析式及最小可探测光功率,并结合对地攻击火箭弹的末端弹道特性,建立了激光周向探测系统的弹目交会模型。运用蒙特卡罗算法仿真分析了对地攻击火箭弹采用不同探测系统时目标捕获概率随脉冲激光重复频率和扫描转速的变化规律,探讨了弹速和命中精度对于目标捕获概率的影响,获得最佳激光重复频率与扫描转速。仿真结果表明:当脉冲激光重复频率为5 kHz,扫描转速为10000r/min时能实现目标的有效捕获;采用激光周向探测系统能有效提高目标捕获概率,提升单发毁伤效能,为激光周向探测系统在对地攻击火箭弹上的应用提供了理论依据。

激光引信脉冲宽度对目标回波的影响研究

基于窄脉冲激光引信的虚拟样机模型和目标近场散射模型,计算了不同脉冲宽度下的目标回波功率,并可定量给出目标回波的波形和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律。经过仿真模型验证,研究结果可以为窄脉冲激光引信的探测阈值和脉冲宽度等参数的优化设计提供依据。

激光遥感目标回波脉宽展宽特性实验

随着激光遥感探测技术的发展,目标回波脉冲特性对遥感探测的影响成为新的研究热点。脉冲展宽特性是激光回波的重要特性,其影响到回波接收信噪比和测距精度。为此,通过实验研究了目标回波脉冲展宽特性。描述了激光遥感回波波形采集实验系统主要构成以及关键技术参数。介绍了直射和倾斜入射情况下激光遥感目标回波脉宽展宽模型,并根据模型描述了回波脉宽展宽特性。对垂直探测楼房墙壁和倾斜探测草地的实验数据进行了分析,并将实验结果和理论分析数据进行了比较,取得了较好的一致性。最后提出了利用激光遥感回波脉宽展宽特性反演目标倾斜角的方法。

激光目标回波模拟器设计技术

激光导引头在研制过程中需要对接收性能、辨别目标真伪的能力、系统抗目标性能进行相关测试试验。由于外场试验耗费高,耗时长,很容易受天气条件等模拟条件限制,需要一种实验室内的试验设备对激光导引头的性能进行测试和评价。因此,介绍一种实验室内的激光测试模拟系统,重点介绍系统关键设备——激光目标模拟器的设计。给出了激光目标模拟器的设计原理、结构组成,以及实现的关键技术。

复杂背景下大尺寸目标激光散射回波能量的计算

由于实际环境的复杂性,理论计算大尺寸复杂目标粗糙表面的激光散射回波能量影响一直十分困难。将随机介质离散粒子光散射理论和粗糙面光散射理论结合起来,利用计算机图形学精确建立复杂目标的几何模型,依据复杂目标粗糙表面特征,并考虑沙尘、雾等环境特性对激光传输的影响,计算了大尺寸复杂目标粗糙表面激光散射在复杂环境下回波能量随不同观测角度和能见度的变化情况。计算结果可用于目标特征提取、识别和分类,满足工程精度需求。

一种激光引信目标回波信号的计算方法

用平面和二次曲面(柱面、锥面和椭球面)单元来逼近目标表面,建立目标几何模型,基于目标表面的材料和BRDF实测数据,用遗传优化算法进行五参数统计建模。根据引信参数及交会条件,通过对微元的反射信号积分计算各个小单元的反射能量LRCS,将被照射面元的回波功率进行叠加,得到目标的回波信号。

基于激光回波信号的目标检测技术研究

阐述了利用激光回波信号进行目标检测的理论依据,讨论了对激光回波信号的光谱、偏振、位置、运动、振动特征的提取的原理,最后分析总结了利用回波信号强度、脉冲宽度、回波信号追踪、模板匹配、特征向量提取以及模糊聚类等对激光回波信号进行目标识别的方法。

基于激光扫描回波信号的光电设备隐蔽目标跟踪研究

针对隐蔽光电设备窃取机密信号,造成信息泄露的问题,提出一种基于激光扫描回波信号的光电设备隐蔽目标跟踪方法。该方法分为三个步骤:第一步根据光电设备具有的独特"猫眼效应",利用光电传感器采集光电设备反射光线并转换成回波信号;第二步进行真实回波信号识别,识别过程分为两部分,先是利用盲源分离方法去除回波信号中的杂信号,后是利用神经网络算法分类真伪回波信号,完成真实回波信号识别;第三步选择混沌激光相关法对隐蔽光电目标的真实回波信号进行高效跟踪,降低跟踪时间。验证结果表明:与其它电设备隐蔽目标跟踪方法相比,本方法跟踪时间大大降低,从而提高了跟踪效率,降低信息窃取风险。

低信噪比下机载平台多脉冲激光测距机目标回波降噪算法

针对远距离飞机目标,机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制,影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和重构的回波降噪方法,首先对脉冲激光目标回波波形进行建模,然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明,所提方法可以准确提取目标峰值点位置,改善激光测距机的目标定位精度。

空间目标激光回波光斑中心位置推算及分析

针对空间目标激光回波信号测量需求,本文从速差效应入手,以激光跟踪测量设备的回转中心为坐标原点,建立了垂线测量坐标系,推算出了激光回波光斑中心位置坐标公式,给出了激光回波光斑中心位置的计算方法,并进行了实例计算及计算结果分析。该组公式及计算方法可用于激光回波位置预估、激光跟瞄能力评价等方面。

目标激光回波散斑的时空域探测方法研究

针对现有脉冲激光回波目标识别方法不能准确反映目标姿态的关键问题,提出一种基于激光回波与散斑的时空域目标探测方法,重点建立了粗糙目标的脉冲激光回波与二维激光散斑模型,通过对平面、球面和非球面三种面型目标进行仿真,不仅可以映射出不同目标的面型和偏转角度,还可以区分目标的偏转方向,说明该方法的可行性与有效性。