空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和系统技术方案

本发明专利技术给出了一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和系统，属于激光雷达探测技术领域，包括：获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；对瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；提取单光子三维距离图像中的距离极值点，并将距离极值点作为疑似空中运动目标位置；对疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取疑似空中运动目标的中频信号；获取疑似空中运动目标的运动特征信息；对疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。本发明专利技术能够在兼顾大视场主动探测、高效目标搜索和小视场精密测量精度下，实现低虚警率的精确激光三维成像。实现低虚警率的精确激光三维成像。实现低虚警率的精确激光三维成像。

【技术实现步骤摘要】
空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和系统


[0001]本专利技术属于激光雷达探测
，尤其涉及一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和系统。

技术介绍

[0002]激光探测技术具备高精度获取目标三维以上信息的能力，已成为国防安全和遥感探测重点发展的新手段。当激光探测系统和目标处于相对静态时，其高精度能力得以充分体现，但二者存在相对运动时，特别是对隐身飞机等低可探测性空中目标，由于采用了电子对抗、隐身技术等主被动对抗技术，传统的红外、雷达等探测手段准确获取目标多维信息的能力减弱，尤其进行远程探测时，还面临背景噪声大、传输路径复杂等因素，导致测量精度、虚警率和信息获取维度等难以达到理想效果。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一，在于提供一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法，该相干与非相干激光协同探测方法能够在兼顾大视场主动探测、高效目标搜索和小视场精密测量精度下，实现低虚警率的精确激光三维成像。
[0004]本专利技术的目的之二，在于提供一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测系统。
[0005]为了达到上述目的之一，本专利技术采用如下技术方案实现：一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法，所述相干与非相干激光协同探测方法包括以下步骤：步骤S1、对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；步骤S2、对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；步骤S3、提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；步骤S4、对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；步骤S5、根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；步骤S6、根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。
[0006]进一步的，在所述步骤S1中，所述获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像的具体过程包括：步骤S11、确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；
步骤S12、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；步骤S13、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；步骤S14、对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；步骤S15、根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测方向上的第一距离值；步骤S16、对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。
[0007]进一步的，在所述步骤S13中，所述波形降噪的具体实现过程包括：步骤S131、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；步骤S132、从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；所述高频低振幅对应的子波形分量为所有子波形分量中前2~3个子波形分量；步骤S133、计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；步骤S134、剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。
[0008]进一步的，在所述步骤S5中，所述运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值；所述获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息的具体过程包括：对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测方向上的第二距离值；对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。
[0009]进一步的，所述步骤S6的具体实现过程包括：步骤S61、判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则进入步骤S62；如否，则结束；步骤S62、对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断；步骤S63、根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。
[0010]为了达到上述目的之二，本专利技术采用如下技术方案实现：一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测系统，所述相干与非相干激光协同探测系统包括：第一探测模块，用于对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；
图像拼接模块，用于对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；提取模块，用于提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；第二探测模块，用于对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；获取模块，用于根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；图像修正模块，用于根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。
[0011]进一步的，所述第一探测模块包括：第一计算子模块，用于确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；计数子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；波形降噪子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；恒比定时处理子模块，用于对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；解距离模糊处理子模块，用于根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测方向上的第一距离值；自适应降噪子模块，用于对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。
[0012]进一步的，所述波形降噪子模块包括：能量分解单元，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；第一剔除单元，用于从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，所述相干与非相干激光协同探测方法包括以下步骤：步骤S1、对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；步骤S2、对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；步骤S3、提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；步骤S4、对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；步骤S5、根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；步骤S6、根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。2.根据权利要求1所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像的具体过程包括：步骤S11、确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；步骤S12、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；步骤S13、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；步骤S14、对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；步骤S15、根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测方向上的第一距离值；步骤S16、对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。3.根据权利要求2所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，在所述步骤S13中，所述波形降噪的具体实现过程包括：步骤S131、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；步骤S132、从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；所述高频低振幅对应的子波形分量为所有子波形分量中前2~3个子波形分量；步骤S133、计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；步骤S134、剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。4.根据权利要求3所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，在所述步骤S5
中，所述运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值；所述获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息的具体过程包括：对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测方向上的第二距离值；对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。5.根据权利要求4所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，所述步骤S6的具体实现过程包括：步骤S61、判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则进入步骤S62；如否，则结束；步骤S62、对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断；步骤S63、根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。6.一种空中运动目标的相干与非相干激...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨星，胡以华，董骁，徐世龙，赵楠翔，石亮，张鑫源，侯阿慧，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：