[发明专利]一种动态海面激光脉冲波束回波仿真方法

摘要

本发明涉及一种动态海面的激光脉冲波束回波仿真方法，基于统计海谱模型，利用逆FFT技术实现动态海面生成，模型考虑风速、浪高、海浪周期等参数；测量发射激光波束空间能量分布和脉冲形状，拟合得到任意激光波束的空时分布，基于能量守恒确定任意距离处剖面光强空间分布；基于辐射度学建立激光雷达波束后向散射回波雷达方程，水面面元作粗糙面处理，用双向反射分布函数表征；基于计算机图形库OpenGL完成场景的绘制、着色、渲染、实时动画、场景的消隐和裁剪。本发明既可用于不同海情样机动态交会虚拟实验，也有助于开展海面脉冲回波散射机理研究，能够节省大量成本。

主权项

一种动态海面的激光脉冲波束回波仿真方法，用于实现海面近程激光雷达虚拟实验动态粗糙海面任意波束脉冲波束回波仿真，其特征在于：所述仿真方法包含：步骤1：用光学波形测量仪获得某一距离剖面上激光发射波束空间强度分布离散数据，拟合得到强度分布解析表达式，并基于能量守恒原理确定任意距离处剖面光强空间分布；步骤2：用脉冲测量仪和示波器获得激光发射脉冲时域波形，拟合得到其解析式；步骤3：根据不同海情，建立基于统计海谱模型的包含风速、浪高、海浪周期参数的动态海面模型，并基于逆FFT获得顶点的高程分布，法线分布，及其随时间变化特征；用空间频率域波分解方法表示海面，通过逆FFT得到海面空间高程表示；步骤4：基于Torrance‑Sparrow模型建立水面面元双向反射分布函数统计模型，从而获得海面的亮度空间角分布特性；步骤5：基于辐射度学建立后向散射回波脉冲与发射波束、海面几何模型、面元双向反射分布函数统计模型、海水介电常数的关系式，获得激光波束后向散射脉冲雷达方程；步骤6：基于步骤3中生成的动态海面模型数据，利用计算机图形库OpenGL实现对动态场景的着色、渲染、图像效果处理、纹理映射、实时动画绘制，并根据激光脉冲发射器的几何位置关系，绘制激光脉冲波形与海面的交互状态；步骤7：针对场景中所有面元采用颜色索引方法，将面元的法线，材质信息编码耦合到像素颜色中，利用三维图形显示卡的硬件加速性能，根据发射接收视场实现将探测器坐标系下的场景从三维到二维的投影变换，从而获得投影到视口的像素信息，并对此像素信息进行解码分析，获得经过遮挡和消隐处理后的离散化场景信息；步骤8：基于步骤5中得到的激光波束后向散射脉冲雷达方程，利用步骤7中获得的离散化场景信息与激光脉冲波束进行时域离散卷积，从而计算脉冲波束后向散射回波特性；根据结果对步骤4中基于Torrance‑Sparrow模型建立的双向反射分布函数模型参数进行修正，直至模型有效。