[发明专利]激光成像雷达目标回波信号模拟方法及模拟器

说明书

本发明公开的激光成像雷达目标回波信号模拟方法及模拟器，属于光电信息技术领域。本发明激光脉冲接收装装置把同步激光脉冲转换为同步信号和初始激光脉冲；根据目标轨迹数据生成控制指令，在同步信号触发下生成一系列延时差值相同的步进延时信号，分别代表一系列等延时面；激光脉冲延时空间重构装置把步进延时信号在空间上分配到各自的等延时平面上，形成空间二维延时信号阵列；投影光学系统把二维延时信号投影到被试激光雷达接收镜头的入瞳处，实现回波信号模拟。本发明能够解决现有目标回波信号模拟技术方案中不同工作波长不能通用、光学回波通道数量少、距离分辨率差、存在不定延时等问题，主要应用于激光成像雷达制导武器半实物仿真系统。

技术领域

本发明涉及一种激光成像雷达目标回波信号模拟方法及模拟器，主要应用于激光成像雷达制导武器半实物仿真系统，属于光电信息技术领域。

背景技术

激光技术的出现和应用，推动了激光成像雷达技术的发展。自1960年第一台红宝石激光器问世以来，科研人员就提出了激光雷达的设想,半个世纪以来，激光雷达技术从简单的激光测距系统发展为具有激光跟踪、激光测速、激光成像等多种功能的复杂激光雷达系统。按照目标信息获取方式，直接探测激光雷达可以分为单点测距式激光雷达、线阵成像激光雷达和面阵成像激光雷达。被广泛应用在军事、民用、遥感等领域。

激光成像雷达目标回波信号模拟器是激光成像雷达制导武器半实物仿真系统中的关键部件。激光成像雷达目标回波信号模拟器在实验室条件下为被试激光成像雷达提供物理的、实时的光学回波信号。

目前国内外有关激光回波信号模拟的技术方案，主要有直接电信号注入方案、光信号投影方案和光学MEMS微镜阵列方案。直接电信号注入方案将生成的回波电信号直接注入到被试激光成像雷达的信号处理系统，这种方案不输出光学回波，因而不能测试光电探测系统的性能。光信号投影方案将光学回波信号投影到接收光学系统的入瞳处，该方案目前的回波生成通道数量较少，只能通过扫描方式实现大阵列规模的二维面阵回波信号的生成，系统的复杂度高，实时性差。光学MEMS微镜阵列方案的原理与光信号投影相似，它采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列作为光源，以MEMS微镜阵列作为图像投影器，该方案降低了成本和体积，然而这种方式目前只是停留在概念设计和分析阶段。上述三种方案系统中都包含信号源，存在信号源响应时间的不确定性，限制了系统的应用。因此我们提出一种直接利用激光雷达发射激光脉冲的方案，不引入额外的激光源，直接对激光雷达发射机光脉冲进行延时。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有激光成像雷达目标回波信号模拟技术方案中不同工作波长不能通用、光学回波通道数量少、距离分辨率差、存在不定延时等问题，提供一种激光成像雷达目标回波信号模拟方法及模拟器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的激光成像雷达目标回波信号模拟方法，包括如下步骤：

步骤一：建立激光雷达探测场景的数字三维模型，生成激光回波信号延时矩阵。以视点和激光雷达接收光学系统的最远面视场的中心点形成轴线，定义为Z坐标轴，视点位于坐标原点(0,0,0)，激光雷达接收光学系统的最远面视场的中心点位于(0,0,D_max)，其中D_max表示激光雷达最远探测距离，激光雷达接收光学系统的最远面视场的含义是指在激光雷达最远探测距离上，由激光雷达接收光学系统的角视场决定的矩形区域。激光雷达接收光学系统的角视场为α×β，其中α为X方向角视场，β为Y方向角视场，则激光雷达接收光学系统的最远面视场在X方向和Y方向的宽度分别为：

激光雷达接收光学系统的最远面视场的四个顶点坐标分别为：