空间目标识别中的激光探测技术
LiDAR(雷达)技术介绍
激光雷达与微波雷达的异同：
激光雷达工作原理：
向被测目标发射探测信号（激光束），然后测量反射或发射信号的到达时间、强弱程度等参数，以确定目标的距离、方位、运动状态及表面光学特性。
用飞行时间法（Time of flight method）测算出L：
从公式可以看出精度取决于时间，所以对接收装置的要求很高。如果做到1cm的精度，可以推出对时间的测量精度达到0.067ns。
这些核心指标参数，其实就可以判断一个传感器是否满足你的使用需求
最大辐射功率
第一重要的参数，首先看是否得到安全认证，是否需要做防护
水平视场
机械式雷达360度旋转，水平全视角
垂直视场
一般16线俯仰角30度，从-15度到15度，应用最多、最广泛
光源波长
光学参数，纳米参数
最远测量距离
是否满足长距离探测
测量时间/帧频率
传统雷达以微波作为载波的雷达，大约出现在1935年
雷达按频段可分为：超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等
激光雷达即激光探测及测距系统LiDAR(Light Detection and Ranging)，是一种通过发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。
用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。
LiDAR(雷达）技术介绍
相对于传统测距传感器，激光雷达在测量精度、测量距离、角分辨率、抗干扰能力等方面具有巨大的综合优势。
01背景概述
雷达（英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写），意思为"无线电探测和测距"，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标的距离、速度、方位、高度等信息。
军用激光雷达
激光雷达技术及其应用（一）激光, 雷达, 分辨率, 技术, 能力20世纪60年代初出现了以测距为主要功能的激光雷达，它以高角分辨率、高速度分辨率、高距离分辨率、强抗干扰能力、良好的隐蔽性，以及出色的全天候工作能力在很多领域尤其是军事领域中得到了广泛的应用。
激光雷达技术也称机载激光雷达，它是一种安装在飞机上的机载激光系统，通过量测地面的三维坐标，生成激光雷达数据影像，经过相关软件处理后，可以生成地面的DEM模型、等值线图及DOM 正射影像图。
激光雷达系统通过扫描装置，沿航线采集地面点三维数据；系统可自动调节航带宽度，使其与航摄宽度精确匹配，在不同的实地条件下，平面精度可达0.1m，采样间隔为 2～12m。
激光雷达是集激光技术、光学技术和微弱信号技术于一体而发展起来的一种现代化光学遥感手段，它使用激光作为探测波段，波长较短而且是单色相干光，凶而呈现出极高的分辨本领和抗干扰能力，为其在各方面的应用奠定了重要基础。
激光雷达探测技术不仅可以获得目标地物表面的反射能量的大小，同时还可获取目标反射波谱的幅度、频率和相位等信息，用于测速和识别移动目标，在环境、生态、通信、航天等方面有着广泛的应用。
本文重点介绍激光雷达的技术现状和应用领域。
机载脉冲式激光雷达的发展简史激光雷达的研发早在上个世纪的七十年代就开始了(Jennifer and Jeff 1999)。
最初，是由美国的航天航空总署NASA研究出了一种非常笨重的基于激光测量的设备。
尽管它非常昂贵，也只能测量放在地面上的飞机的精确的高度。
在八十年代后期，随着GPS民用技术的提高，使得GPS对位置定位的精度达到了厘米的量级。
高精度的用于记录激光来回时间的计时器和高精度的惯导测量仪（Inertial Measurement Units，IMU）的相继问世，为激光雷达的商业化打下了基础。
激光雷达工作原理激光雷达的工作原理与雷达非常相近。
由激光器发射出的脉冲激光由空中入射到地面上，打到树木上，道路上，桥梁上，房子上，引起散射。
《空中目标识别技术研究》
《空中目标识别技术研究》一、引言随着现代科技的不断进步，空中目标识别技术在军事、民用等领域得到了广泛应用。
该技术主要是利用雷达、光学、红外等多种传感器，对空中目标进行探测、识别与跟踪。
通过对空中目标的有效识别，可实现安全防范、军事防御、民航空管等多种功能。
本文将对空中目标识别技术的现状、关键技术、发展趋势及应用领域等方面进行探讨与研究。
二、空中目标识别技术现状目前，空中目标识别技术主要包括雷达识别技术和光学识别技术。
其中，雷达识别技术具有探测距离远、全天候工作等特点，被广泛应用于军事领域。
光学识别技术则具有较高的识别精度和较低的误报率，逐渐在民用领域得到广泛应用。
三、关键技术分析1. 传感器技术传感器是空中目标识别的关键设备之一，其性能直接影响到识别效果。
目前，常用的传感器包括雷达、光学、红外等。
其中，雷达传感器具有探测距离远、抗干扰能力强等优点；光学传感器具有较高的识别精度和较低的误报率；红外传感器则可实现夜间和恶劣天气条件下的目标探测。
2. 信号处理技术信号处理技术是空中目标识别的核心技术之一。
通过对传感器采集的信号进行预处理、特征提取和分类识别等操作，实现对空中目标的准确识别。
其中，特征提取是关键环节，需要通过算法对信号进行深入分析和处理，提取出目标的特征信息。
3. 识别算法识别算法是空中目标识别的核心技术之一，直接关系到识别精度和速度。
目前常用的识别算法包括基于模式识别的算法和基于机器学习的算法等。
其中，基于模式识别的算法需要对目标的特征进行提取和匹配；而基于机器学习的算法则可以通过训练大量数据，实现对目标的自动识别和分类。
四、发展趋势随着科技的不断发展，空中目标识别技术将朝着更高精度、更快速、更智能的方向发展。
具体来说，未来空中目标识别技术将进一步融合多种传感器技术，提高探测和识别的精度和速度；同时，将借助人工智能和机器学习等技术，实现对目标的自动识别和分类，提高系统的智能化水平。
五、应用领域空中目标识别技术在军事和民用领域都有广泛的应用。
激光雷达-sick 激光雷达
激光雷达原理示意图
激光雷达应用
激光雷达的作用是能精确测量目标 位置（距离和角度）、运动状态 （速度、振动和姿态）和形状，探 测、识别、分辨和跟踪目标。经过 多年努力，科学家们已研制出火控 激光雷达、侦测激光雷达、导弹制 导激光雷达、靶场测量激光雷达、 导航激光雷达等。
相干激光雷达技术
雷达探测主要分为直接探测和相干探测两类，其中直 接探测比较简单，即将接收到的光能量聚焦到光敏元件上， 并产生与入射光功率成正比的电压或电流。由此可以看出， 该过程与传统的被动光学接收或典型的测距机原理大致相 同。因而，这里主要讨论相干探测。 所谓相干探测，就是到达探测器的不仅是信号波，而是 信号波与某一参考波的相干混合的结果。根据参考波的辐 射源及特性的不同，又可分为外差探测、零拍探测。
激光雷达按其结构可分为单稳与双稳两类，双稳系 统中发射部分与接收部分异地放置，目的是提高空 间分辨率。当前脉宽为ns级的激光可提供相当高的 空间分辨率，故双稳系统已很少采用，单稳态系统 往往是单端系统，发射与接收信号共用一个光学孔 径，并由发送、接收(T / R)开关隔离，如图：
激光器
光束整形系统
图1
透射式接收望远镜
图2 反射式接收望远镜
处理系统
激光雷达的信号检测处理系统包括放大器显示 器和微机等。放大器的作用是除去经过光电探测器 的目标散射电信号与本地振荡电信号复合后的电信 号中的直流分量,获取载有目标全部信息的外差信号。 显示器通常用于按强度-时间的形式来实时显示激光 雷达回波信号。显示器通常由一台高频示波器(带宽 100MHz 以上)担任,直接显示来自放大器的激光雷达 回波。从显示器上可以清楚地看出激光雷达回波的 特征和变化,因此显示器对监视激光雷达的工作状态 和指导激光雷达的整机调整都非常有用。微机通常 用于探测结果的实时显示、回波数据的自动采集、 激光雷达的自动调控以及回波数据的反演处理和各 种数据显示方式的处理。
激光主动探测的目标识别
第 ２ｌ卷 第 ５期 ２００６年 ｌ０月
光 电 技 术 应 用
ＥＬＥＣＴＲＯ 一 ０ＰＴＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
文 章 编 号 ：１６７３— １２５５（２００６）０５—００３８—０３
激 光主 动探 测 的 目标 识 别
Ｔａｒｇｅｔ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ａ ｃｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
ＦＥＮ Ｇ Ｘ ｉａｏ—ｒｏｎｇ （Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ １２ １０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｃａｔ—ｅｙｅ ｔａｒｇｅｔ ｅｃｈｏ ａｎｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｅｃｈｏ， ｔｈｅ ａｐ—ｅｔ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｔａｒｇｅｔｓ ｏｒ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｔａｒｇｅｔｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ａｃｔｉｖｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖａｌｕｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｗａｖｅ ｇａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔａｒｇｅｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．
参 数
漫反射 目标 回波功率与探测距离的关系式为 ：
ｅ
（２）
式 中 ，ＩＤ—— 漫反 射 系数
Ｖｏ１．２１．Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ．２００６
光电技术在中国深空探测中的应用
光电技术在中国深空探测中的应用光电技术在中国深空探测中的应用近年来，随着人类对宇宙探索的不断深入，深空探测已经成为了一个热门话题。
作为科技领域的重要组成部分，光电技术的应用在这一领域中也越来越广泛。
本文将分析光电技术在中国深空探测中的应用情况和发展前景。
首先，光电技术在中国深空探测中的应用非常广泛。
例如，目前我国正在开展的嫦娥探测任务就采用了大量的光电技术。
在嫦娥四号登陆南极-艾特肯盆地的探测任务中，它的相机、激光高度计、雷达测高仪、辐射计等均采用了先进的光电技术。
这些设备可以获取地形地貌信息、搜集基础科学数据并完成机械任务。
在未来，我国还将开展更加深入的探测任务，比如预计在未来十年内将实施的“中国火星探测计划”，该计划中同样广泛采用光电技术，包括相机、雷达和激光测距仪。
其次，光电技术可以帮助人类完成深空探测中的多项任务。
例如，通过光电技术，我们可以获取高清晰度的图像和视频等数据，并进行速度和运动轨迹的测量，有助于人类更加全面地了解目标星球的地理分布和自然环境。
此外，光电技术在深空探测中也可用于天文探测，比如对行星、恒星、星系的观测和研究等。
由于总重量和体积有限，飞船上带不了太多的天文仪器，因此光电技术可以用来让这些仪器尽可能小巧、灵活、易携带。
最后，光电技术在中国深空探测中的应用前景非常广阔。
随着中国深空探测计划的不断推进，我们需要采用先进的、高性能的光电技术来推动探测计划的进程。
此外，由于中国的光电技术产业已经走在了全球的前列，因此也可以帮助我国在深空探测领域中走在全球前列。
相信随着科技的不断进步，光电技术在中国深空探测中的应用将会越来越广泛，为我们的星际追梦开拓更广阔的空间。
综上所述，光电技术在中国深空探测中的应用具有重要的意义和广阔的应用前景。
我们期望，未来中国深空探测计划会更加注重光电技术的应用，吸引更多优秀的科技人才，同时加强与其他国家的合作，以实现探测项目更好的成果。
这样，我们就能够更好地走向星空，探索宇宙的奥秘。
激光雷达在机器人领域中的应用
激光雷达在机器人领域中的应用激光雷达（Lidar）是一种测量目标距离和获取目标空间位置信息的重要传感器。
它通过发射激光束并接收其反射回来的信号来实现测距，可以提供高精度、快速的距离和形状信息。
在机器人领域，激光雷达被广泛应用于地图构建、环境感知、导航和避障等方面，为机器人的自主行动提供了重要的支持。
本文将探讨激光雷达在机器人领域中的应用。
一、地图构建激光雷达通过扫描环境中的物体并获取其距离和形状信息，可以将这些信息用于建立环境的三维模型，从而实现地图构建。
机器人可以通过激光雷达获取环境中的障碍物和其他物体的位置，进而建立起准确的地图。
这对于机器人的导航和路径规划非常关键，可以帮助机器人识别和避开障碍物，实现自主导航。
二、环境感知激光雷达可以提供机器人周围环境的高分辨率感知，帮助机器人感知周围的物体和环境信息。
通过激光雷达，机器人可以获取障碍物的位置、形状、大小等信息，以及地面、墙壁等背景环境的信息。
这些环境感知数据对于机器人的决策和行为起着至关重要的作用，使得机器人可以在复杂的环境中进行精确的定位和导航。
三、导航和避障激光雷达是机器人导航和避障中最常用的传感器之一。
机器人可以通过激光雷达获取周围环境的距离信息，并根据这些数据进行路径规划和决策。
激光雷达可以快速准确地检测到周围的障碍物，帮助机器人避开这些障碍物，从而实现安全、高效的导航。
四、三维感知激光雷达可以提供机器人对目标物体的三维感知能力。
通过激光雷达，机器人可以获得目标物体的精确位置和形状信息，从而实现对目标物体的抓取、操作和操控。
三维感知能力使得机器人能够在复杂和不规则的环境中进行精确的操作，提高工作效率和准确性。
五、自动驾驶激光雷达在自动驾驶领域中有着广泛的应用。
激光雷达可以用于检测和辨识道路上的车辆、行人、障碍物等，并提供实时的环境感知数据。
这些数据可以帮助自动驾驶系统进行场景理解、路径规划和决策，从而实现自主导航和避障。
激光雷达在自动驾驶中的应用，不仅提高了行驶的安全性和稳定性，也为实现无人驾驶技术奠定了基础。
空间目标探测与识别技术研究
空间目标探测与识别技术研究随着时代的发展，人类对于未知领域的探索也越来越深入，其中探索太空的研究也越来越成为现代科学技术的重要组成部分。
尤其在现代科技日益发达的今天，空间目标探测与识别技术的研究也越来越受到重视。
一、空间目标探测技术空间目标探测技术是指通过空间探测器、卫星等方式，对于宇宙空间中的星体、行星、彗星、颗粒物等进行探测和观测的技术手段。
此类技术广泛应用在天体物理、地球物理、大气环境、太阳天文学等领域中。
目前，空间目标探测技术的发展已经非常成熟，包括了多种传感器、测量手段及监测系统等，如遥感卫星、天文望远镜、探测器、地球物理测量仪等。
探测技术的精度和能力不断提高，可以获取到更加准确的信息和数据。
二、空间目标识别技术空间目标识别技术是指通过对于空间目标的特征分析、比对等技术手段，来实现对于空间目标的识别和分类的技术。
目前，这种技术手段涉及到多种方面，如图像识别、机器学习等领域。
一般来说，空间目标识别技术的研究需要首先明确需要识别分类的空间目标，然后通过对于目标的形态、颜色、光谱、运动特征等识别标志的分析，来实现精准的识别和分类。
三、空间目标探测与识别技术研究的重要性空间目标探测与识别技术的快速发展，为现代空间科学研究提供了重要的技术支撑和基础。
具体来说，其发展对于以下几个方面至关重要。
（一）天体物理学研究天体物理学研究在探索宇宙星系演化、恒星演化、星系形成等方面有着重要的意义。
空间目标探测与识别技术就是天体物理学研究的重要手段，通过对于星系的观测和探测，可以更好地了解天体的物理状况、特征和演化过程。
（二）地球资源调查地球资源调查在社会经济发展中起着至关重要的作用，如通过遥感技术获取大量的地球表面信息，实现了对于全球范围内的资源分布情况进行调查和识别。
而空间目标探测与识别技术，则可以通过对于地球环境的监测和探测，实现对于地质灾害、气候变化、海洋资源、自然灾害等方面的调查和监测，为地球资源行业提供了至关重要的技术支撑。
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沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 1 1绪论 空间目标主要指各种卫星、空间碎片、空间站、航天飞机, 中远程弹道导弹, 以及进入地球外层空间的各种宇宙飞行物, 如彗星和小行星。空间目标探测系统的任务是对重要空间目标进行精确探测和跟踪, 确定可能对航天系统构成威胁的目标的任务、尺寸、形状和轨道参数等重要目标特性; 对目标特性数据进行归类和分发。空间目标探测不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力, 还可以预测空间物体的轨道, 对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击告警等, 具有重要的军事价值。
当前的空间目标探测的主要手段是以各种超远程雷达和大口径光学望远镜组成的空间的监视网对空间目标进行探测和跟踪。这种探测方式虽然能够有效地对空间目标实现探测和监视, 但是对空间目标缺乏有效的识别手段, 而且整套系统庞大复杂, 运行成本昂贵。目前的空间监视系统的主要不足表现 在雷达与光学系统必须紧密配合, 否则对空间目标的探测效率将大为降低。若单用雷达探测空间目标, 由于雷达的波束较宽, 分辨率较低, 难以获得空间目标的准确方位以及其形态特征; 单用光学望远镜探测空间目标, 无法获取空间目标的距离、速度信息, 而且对于被动光学观察, 受空间照明环境影响较大。 目前, 在被动光学探测的基础上发展了主动激光照射成像的探测技术。该技术的基本原理是利用激光器照射空间目标, 将目标的全部或关键特征部位照亮, 使其满足接收系统探测要求, 再利用传统被动成像光学系统探测目标。该方法不仅可以提高被观察目标的亮度, 还可以在零照度条件下, 随时在所关心的天区内进行空间目标探测。但该方法仍然有许多缺陷, 主要体现在该方法无法获得目标的距离及速度信息, 虽然通过距离选通可以获得目标的大致距离信息, 但距离分辨率低, 且对于未知距离的目标需要通过多个距离选通门限方能探测到。 有别于上述主动激光照射成像的探测, 激光探测是指向目标发射连续或脉冲的激光波束, 由接收系统接收目标反射的回波, 通过对回波所携带信息的分析, 提取感兴趣的目标特征。相比传统探测方式, 激光探测有许多突出的优点。首先, 激光探测可以独自完成对空间目标的定位及特征识别, 不像现有的观测需要一个庞大复杂的系统支撑, 简化了操作流程, 降低了使用费用; 其次, 由于激光探测特有的性质, 其测量精度较传统测量要高许多, 此外, 通过对激光探测信号的进一步分析, 可以得到更丰富的目标特征, 为有效的图像识别目标提供依据。 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 2 2 激光探测空间目标识别技术 2. 1 运行轨道确定 2. 1. 1 位置确定 对于空间目标, 如果知道其相对于地面固定点的距离及相对角度, 则该空间目标的相对位置即可以唯一确定。通过测量激光从发射到返回经过的飞行时间便可以计算出探测器到目标的直线距离L:
（2.1） 式中, c为光速; t为激光脉冲飞行时间。由于光速在大气层内的速度与真空中有一定差别, 以及大气湍流和波动, 光速在测量范围内并不是常数。测距精度为 ：
（2.2） 从式（2.2）可以看出, 测距精度取决光束飞行时间t的测量精度$t与光速在大气层内外的速度差$c。此外, 由于回波上升前沿变化、阈值电平漂移、时钟频率不稳定、放大器及探测器噪声引起的时间测量误差等, 这些都会造成测距误差。通过误差补偿和提高测量精度的方式可以将误差减小至探测所 需要的精度范围内。 另外, 通过探测设备上的轴角编码器可以准确测量出空间目标相对于探测设备的相对角度, 有了这两个数据便可以通过相应的坐标变换得到空间目标的相对位置。 2. 1. 2 速度确定
最简单的激光测速方法是对运动目标进行连续测距, 由距离随时间的变化率计算出目标的速度。这种方法虽然简单, 但测量精度不高, 而且必须对目 标进行连续测量。通过探测激光回波经目标调制后产生的多普勒频移, 不仅具有很高测量精度, 而且单次测量便可以得到目标的径向速度。激光束作用于 目标产生的多普勒频移量fd 为：
（2.3）
式中, K为激光波长; Mr 为目标在径向r速度。由式( 3)可知, 由于多普勒频移fd 与激光波长K成反比, 激光产生的多普勒频移量比微波雷达大许多倍, 因而激光雷达对运动
2ctL
rd
vf2
)(21cttcL沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书
3 目标速度测量精度要比微波雷达高得多。例如, 用10. 6 Lm 的CO2 激光时, 1m / s径向速度运动的目标会产生约189 kH z的多普勒频移量, 而对35 GH z的微波雷达则只产生约233H z的多普勒频移。在有了空间目标的位置及相对速度情况下, 通过一定时间观测的积累, 可以得到空间目标的运动矢量及其矢量速度, 这样就可以依据得到的参数确定空间目标的飞行轨道[ 4 ] 。由于激光束的波束宽度远小于微波雷达的波束宽度, 加上激光雷达的测距及测速精度也远高于微波雷达, 因而利用激光雷达确定空间目标飞行轨道的精度远高于相应的微波雷达。 2. 2 几何形状估计 2. 2. 1 目标回波脉冲波形特征分析技术 对于空间目标, 其空间尺寸使得其不同部位反射的激光回波在时间上存在一定的时延, 其在回波的波形上表现为脉冲波形的展宽, 对于体积特别巨大的空间目标, 如空间站、大型电子侦察卫星等, 其回波波形可能出现变形甚至断裂。记录反射回的激光波形, 可以通过分析回波的强度及展宽、裂变情况来判断空间目标的空间尺寸, 估计出其大致的形状。 此外, 对于单次探测条件下的激光遥感信号, 由于其波形分布信息反映了目标特性分布对回波信号的调制。通过对激光回波信号的小波变换, 提取出不同变换尺度下激光回波波形分布特征。通过回波的脉冲宽度和能量特征可以反映出目标的反射尺寸和反射率信息。通过模板匹配和模式识别技术, 结合典型目标与激光回波信号的调制关系, 就可能得到回波信号特征与目标特性的映射关系, 并获得对目标特性的求解结果。对于更高精度的要求, 可以由多角度激光照射条件下的多次激光回波数据, 得到针对同一目标的时间、空间和属性联合调制函数的另一组值, 可以消除目标各子部分的时间、空间、属性求解的不确定性, 从而建立起更为稳定的激光遥感信号与目标特性关系模型, 达到精确目标特性求解结果。对于提取的特征量, 还需要通过实验的方法验证其稳定性和有效性。通过分析, 提取出最能反映目标本质的特征集, 并通过选用合适的模式 识别方法完成对目标的识别工作。 图1[ 5] 给出了对三种不同目标的回波波形分布仿真结果以及基于小波变换的特征提取向量。仿真选择三种不同外形尺寸的卫星模型, 利用激光在卫星侧上方? 40b范围内以10b为步进角度进行侦察, 得到一组回波数据, 通过小波变换和M ahalanobis计算得到一组特征模板。图中为三种卫星在方位角30b时的激光回波数据以及其三阶小波变换分解系数和第三阶小波系数的沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 4 模极大值点。由图可见, 利用波形特征提取可以有效地区分具有不同特性分布的目标, 完成对目标的识别工作。图1 三种卫星的激光回波和特征提取仿真结果 图
图表 1
2. 2. 2 激光雷达逆合成孔径成像技术 激光雷达逆合成孔径成像原理与微波雷达的逆合成孔径雷达成像的原理基本相同, 都是利用雷达与目标之间的相对运动, 经信号处理产生等效的大孔径来获得高的方位分辨率, 其距离向分辨率都是由宽带的发射信号B 所决定。 设激光雷达发射孔径为D, 与目标之间的距离为R 0, 激光波长为K, 其3 dB的波束宽度近似为 （2.4） 式中, K 为加权展宽系数, 当波束为均匀辐射时K = 0. 88, 实际工程中HBW 一般有所展宽, 取近似值K = 1。则合成孔径雷达长度LS 为:
DKBW沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 5
由公式( 2.6) 可以看出, 激光雷达逆合成孔径成像的方位分辨率等于实际天线孔径的一半, 由于光学接收孔径远小于微波雷达发射孔径, 因此激光雷达显著的提高到了方位分辨率, 减小了对目标环境的依赖性, 能够实现高性能远距离的探测。 国内目前对于激光雷达逆合成孔径成像方面的研究较少[ 7] , 国外有几家研究
机构对逆合成孔径激光雷达成像问题进行了理论和实验研究, 并且取得了值得关注的研究进展。M IT 林肯实验室研制了/ Firepond0CO2 相干激光雷达, 并于1990年3月4日成功获取了世界上首幅轨道卫星的距离- 多普ISAR 图像, 这是一颗轨道高度800~ 100 km 高度的海洋卫星[ 8] 。2002 年, 美国的海军研究实验室M. Bashkansky 等人用波长为1. 55 Lm、功率为5mW 的单模可调谐激光源也实现了对目标的二维成像[ 9] 。 目前, 激光雷达逆合成孔径成像技术虽然取得初步的成果, 但是仍处于实验室阶段, 离实际应用还有较大距离。此外当前逆合成孔径激光雷达的发展仍然面临着一些关键问题的制约, 主要包括激光器射源、相干探测、运动补偿信号处理和大气传输影响及补偿等。 2. 3 装配光学设备检测
测空间目标是否装配光学设备检测利用了激光探测中的/猫眼效应0[ 10] 。/猫眼效应0是在研究了猫的眼睛的基础上提出来的, 猫的眼睛之所以在夜间看起来很亮, 原因就在于光线通过猫眼的瞳孔后射到眼底上, 然后由于眼底的反射, 使光束返回,所以此时的猫眼就显得比较亮。如果反射光束的表面不具有类似眼底的特性, 那么该表面的反射光将不会沿原光路返回, 我们也就难以得到较强的回光信号。 一般的光电设备, 位于光学系统焦面上的光电探测器表面, 对正入射来的激光, 按光的可逆原理将其原路返回, 会产生方向性好、能量集中、亮度高的后向反射光。透镜的聚焦功能和光敏面的镜面反射使系统产生的光学/ 准直0作用, 使激光回波能量密度比其他目标(或背景)的回波能量密度高许多。 图2 /猫眼效应0光路示意图[ 11]
）（）（）（6.245.22224.2000000AffDRDRLRDRRLDsaBWs