[发明专利]一种大尺寸目标激光雷达成像技术

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，涉及一种大尺寸目标激光雷达成像技术。

背景技术

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。激光散射三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、一维距离像的三维信息，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测，获取运动目标上相应各点的回波强度、距离像以及相对径向距离，从而获得目标形状特征信息的技术。

在常用的激光波长下，目标应视为粗糙体。当粗糙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，目标为复杂粗糙散射体，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三维图像称为目标激光散射距离像。

激光雷达成像(Laser Radar Imaging)是一种新的激光雷达探测技术，它可以进行目标探测，目标鉴别和目标状态分析。这对任何民用、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。

国内外现状和发展趋势

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 target identification，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、六十年代以来，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。

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心分布，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，其散射中心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心模型，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，并与散射中心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。

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；(2)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；(3)提供目标的精确距离、方位和速度数据。鉴于以上这些特点，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门的极大关注。