目标激光距离多普勒成像研究

【作者】 吴振森； 李艳辉；

【机构】 西安电子科技大学；

【摘要】 激光雷达距离高分辨多普勒成像技术具有时空域分辨率高,可以高精度地获取目标的距离、形状、姿态和运动速度等信息,实现目标微运动检测,已成为航空、航天、对地探测和伪装目标探测等领域研究的热点之一。本文根据粗糙目标脉冲波束散射理论和激光雷达方程,提出了目标激光脉冲后向散射回波功率的一维和二维距离像,以及目标激光多普勒谱和目标激光距离多普勒谱分析模型。首先通过板和圆锥的激光一维距离像的原理性实验测量,验证目标激光一维距离像理论与数值方法的正确性。分析了板的激光一维距离像强度和曲线形状随入射角的变化规律,以及圆锥激光一维距离像强度和曲线形状随视线角、圆锥半锥角的变化规律。提出了激光一维距离像反演目标姿态和几何参数方法,实现了对简单目标形状和姿态的检测。其次依据目标的结合结构特点,给出了简单体、凸二次回转体的解析解的激光一维距离像表达式和任意体面元法的激光一维距离像表达式。数值仿真研究了空间目标球、板、圆锥、三锥体和飞机、坦克等目标的激光一维距离像,并说明了不同目标的激光一维距离像的特点。仿真中还发现目标形状、姿态、表面材料、发射脉冲宽度、波束形状等众多因素都对激光一维距离像有影响,分别就上述因素分析了影响规律,发现脉冲宽度越窄,目标激光一维距离像成像质量越好,不同姿态目标对应特定的激光一维距离像,不同的表面材料也对应不同的的激光一维距离像,高斯波束和平面波束成像也有差异。第三,对目标的激光二维距离像,仿真计算了三锥体、锥球组合体和坦克的激光二维距离像,对应激光一维距离像分析了各个距离上激光二维距离像,并仿真了地物背景下的目标激光二维距离像,一茂密树下沙地上一坦克作为仿真背景,从被遮蔽、无法看到目标的入射角度,经仿真计算得到了其三维成像图,实现了对隐藏目标的成像仿真。最后,对转动凸二次回转体的后向散射多普勒谱,距离多普勒谱和距离多普勒像分别进行了模拟计算。数值仿真了四种典型凸二次回转体在不同姿态下的多普勒谱、距离多普勒谱和距离多普勒像。实现了根据目标距离多普勒像获得目标转动速度信息。更多还原