[發明專利]基于激光后向散射多普勒頻移的水中目標尾跡探測方法

無效

• 申請號: 201410211715.1
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103969694A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 劉繼芳;王赟;王田;魯振中;孫艷玲;馬琳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01V8/10
• 分類號: G01V8/10
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于激光技術應用領域，涉及動態目標尾跡的探測，具體是一種對水中目標尾跡的激光后向散射多普勒頻移探測方法，可用于水面艦船跟蹤、水下動態目標探測、水中兵器的自導和水下航行器的設計。

背景技術

隨著各國對海洋資源開發和海防意識的日益增強，海水中動態目標的探測和跟蹤成為一個重要的研究課題。水下探測方法除傳統的聲學探測方法外，還出現了紅外探測方法、電磁探測方法和光學探測方法等。

聲學探測，依據探測裝置是否發射聲信號分為主動聲探測和被動聲探測，依據探測客體是否為探測目標本身分為直接探測和尾跡探測。主動聲探測，是發射聲信號，并接收目標或目標尾跡反射聲信號來探測目標。被動聲探測方法，在直接探測時通過接收探測目標的各種噪聲信號確定探測目標的距離和方位；直接探測是接收目標的各種噪聲信號確定目標是否存在；聲尾跡探測是通過測量海水聲阻抗的變換確定目標尾跡是否存在。由于聲探測裝置體積龐大及主動聲探測回波信號存在時間延遲，因而不能滿足水中動態目標探測和水中兵器自導的要求。

紅外探測，是利用目標的紅外輻射特性不同于周圍水域，經紅外探測設備接收和光電轉換，將目標轉換成為可識別的圖像來探測目標。紅外探測依據目標處于水中的位置分為水面目標探測和水中目標探測。其中水面目標探測是通過對目標運動造成的水表面紅外輻射特性變化的檢測來探測目標；水中目標探測是通過對目標的熱尾跡的檢測來探測目標。紅外探測具有環境適應性好、隱蔽性好、抗干擾能力強、且設備體積小、重量輕、功耗低等優點，但這種技術目前只是在假設的理想條件下能適用，要建立更接近于實際情況的計算模型還需要繼續研究。

電磁探測，是通過檢測由目標造成帶電荷的海水流動形成的磁場來探測目標。這種磁場能量較小，但衰減較慢。電磁探測提出得較早，但是由于探測使用的電磁波在水中衰減較大，無法進行遠距離探測，同時復雜的海洋環境會產生一定的干擾，因此電磁探測尚未得到實際應用。

光學探測，是通過檢測激光在目標尾跡中傳輸時光學特性的變化來實現對動態目標的探測與跟蹤。光學探測因為激光波長小、速度高、方向性好而具有靈敏度高、抗干擾能力強，探測距離比聲學探測距離遠等特點而備受關注。光學探測依據激光源和探測器的相對位置可以分為前向探測和后向探測。其中，前向探測方法在進行檢測時，激光源和探測器位于待檢測目標尾跡的兩側，雖然易于實現，但應用時探測裝置必須行進在目標尾跡中，實用性較差；后向探測方法的激光源和探測器位于待檢測目標尾跡的同一側，與現有的探測體制相符，但實現起來有一定的難度，是目前尾流探測研究的重點。而根據檢測光參量的不同，已經提出的光學探測可以分為激光強度探測和激光偏振探測。激光強度探測，包括激光散射強度探測、激光散射空間頻譜探測、激光光斑探測；激光偏振探測則是利用激光在尾流區域傳播，尾流對激光的退偏振作用實現尾流的光學探測。激光強度探測是研究的重點，而激光偏振探測常常與強度探測結合使用，以提高探測精度。由于水中氣泡、雜質等對光波有強烈的吸收和散射，激光散射強度的波動較大，因此利用散射光強變化探測目標的方法精度較差，尚不能實用化。而利用光的散射空間頻譜探測目標又會出現當目標尾跡中存在較少氣泡或只存在紊流的情況下，無法對光散射空間頻譜檢測的問題，不能滿足對目標尾跡的遠距離探測。由于水體自身的嚴重散射，尾跡信號往往為水體自身散射信號所淹沒，因此激光后向散射強度探測的方法信噪比較低。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有光學探測方法的不足，提供一種基于激光多普勒頻移譜特性變化的水中動態目標尾跡探測方法，以提高目標尾跡的探測精度和檢測距離，提高尾跡后向探測的信噪比，增強目標尾跡探測的實用性。

本發明是這樣實現的：

1.技術原理

水面艦船和水下航行器等動態目標只要運動，都會在水面或水中留下航跡。這些航跡是目標在水中運動對水的擾動和其推進器螺旋槳葉片對水擾動產生的尾跡。尾跡相對周圍無擾動的水介質來說，存在氣泡和紊流兩種形態。由于紊流存在的時間比氣泡要長，因而利用紊流對激光特性的影響進行探測，能夠獲得更高的探測精度和更遠的探測距離，因此本發明針對水中的氣泡和紊流，通過檢測激光在水中傳輸時后向散射多普勒頻移譜特征的變化實現對水中動態目標尾跡的探測。