[發(fā)明專利]基于數(shù)字恒虛警的星載激光測距儀探測及反饋方法和系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108333592B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 張靖濤;李旭;王遨游;王龍;鄧永濤;鄧德斌;郭元榮
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/48
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發(fā)明一種基于數(shù)字恒虛警的星載激光測距儀探測及反饋方法和系統(tǒng)，對特定區(qū)域內接收機噪聲的多次測量統(tǒng)計獲得均值和均方根值，根據(jù)獲取的噪聲統(tǒng)計結果，對雪崩二極管的偏壓進行調整，使其隨環(huán)境、溫度等的變化而變化，實現(xiàn)虛警率的恒定控制；同時對地形參數(shù)快速變化時，采用調整回波預鑒別閾值來控制虛警恒定。該反饋算法克服了星載激光測距儀由于太陽高度角的變化引起輸出噪聲劇烈變化的影響；同時對噪聲多次累加統(tǒng)計，消除了地形起伏較大而引入奇異點，避免奇異點對后續(xù)測量造成影響；識別云層散射虛假回波并濾除，以上均通過數(shù)字控制方法，滿足系統(tǒng)探測概率要求情況下，降低了在軌回波的虛警率，快速并精準獲取測距值。

技術領域

本發(fā)明屬于星載激光雷達光學遙感信號探測領域，涉及一種基于數(shù)字恒虛警的探測及在軌反饋方法和系統(tǒng)，提高衛(wèi)星平臺高速運行產生太陽高度角的變化適應性；提高激光測距儀對粗糙度起伏大、反射率較大的復雜地形的適應性，并且提高識別云層散射虛假回波的能力，滿足虛警率和探測概率的要求。

背景技術

星載激光測距儀通常選用雪崩二極管(APD)作為接收機焦面探測器。APD對背景噪聲極為敏感，輸出的信號和噪聲隨APD倍增因子的變化而變化，倍增因子存在著一個最佳值。在此最佳倍增下，系統(tǒng)獲得最佳信噪比。由此控制APD偏壓進而影響輸出的噪聲大小，使其工作在最佳倍增因子狀態(tài)。

星載激光測距儀系統(tǒng)虛警概率隨APD輸出噪聲增大而降低，為降低虛警率，同時保證較高的探測概率，傳統(tǒng)方法是星載激光測距儀采用模擬探測體制，一方面是運用回波信號送入比較器，只針對回波閾值進行動態(tài)調整，根據(jù)噪聲事件計數(shù)來動態(tài)調整回波鑒別閾值，但是隨著鑒別閾值的調整，會濾除激光回波攜帶的地表信息；另一方面是針對該種缺陷，在調整鑒別閾值的同時，還可通過動態(tài)調整APD的偏置高壓，探測器的倍增因子隨之降低，這樣會對探測器靈敏度產生影響，在降低背景噪聲靈敏度的同時，對實際目標的探測能力也隨之下降。模擬電路調整方式，根據(jù)統(tǒng)計APD探測器噪聲事件個數(shù)進行動態(tài)實時調整APD偏壓，但是在實際工作中，星載平臺由于速度相對較大，導致地面激光足印間的間距較大，這樣出現(xiàn)一個噪聲奇異點就會影響到下一次的APD偏壓設定，進而影響測距性能。

星載激光測距儀隨衛(wèi)星平臺運行過程中，太陽高度角的變化會引起APD探測器輸出散粒噪聲電流的變化，如果噪聲過大將大量的地形信息湮沒，地面也無法提取。另一方面，云層散射太陽光造成虛假回波的出現(xiàn)，需有效識別噪聲并進行濾除。此外，對于陸地、森林等粗糙度較大的地形，會出現(xiàn)多個回波現(xiàn)象；對于地表反射率不同的地形，根據(jù)當時的信噪比精準的對虛警率進行調整，亟待提出一種方法以滿足在軌從噪聲中提取出真實回波信號，降低在軌虛警率的需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于數(shù)字恒虛警的探測及在軌反饋方法及系統(tǒng)，解決了星載測距儀易受衛(wèi)星平臺速度大、抖動大的影響，造成回波信號不易提取，云層散射造成虛假回波，對粗糙度起伏大、反射率較大的復雜地形虛警率較高等問題。

本發(fā)明的技術方案是：一種基于數(shù)字恒虛警的星載激光測距儀探測及反饋方法，步驟如下：

(1)讀取并執(zhí)行控制算法函數(shù)；

(2)根據(jù)星載激光測距儀系統(tǒng)要求的虛警率與探測概率計算地面回波信號最小閾噪比和最小信噪比；

(3)讀取該次測量的噪聲統(tǒng)計區(qū)域偏移量與噪聲采樣寬度，對噪聲統(tǒng)計區(qū)域進行采樣；

(4)計算得到步驟(3)中統(tǒng)計后的噪聲平均值與均方根值；

(5)對噪聲區(qū)域采樣波形數(shù)據(jù)與云判區(qū)間獲得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計對比，若兩者在均值、均方根值相近，且均值均較大則可認為存在云層反射，忽略該次噪聲統(tǒng)計；否則，進入步驟(6)；