[發明專利]一種基于相干激光雷達的靜態隱身目標揭示方法

有效

• 申請號: 202010860217.5
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111736161B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 胡以華;謝衛;徐世龍;董驍;趙楠翔;楊星;石亮;董光焰;夏海云;裘家偉;王沖
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S17/04;G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

本發明公開了一種基于對相干激光雷達對靜態目標區域進行照射，通過對激光回波中的相位信息進行統計分析，利用統計分析結果進行隱身目標揭示的方法，其技術方案包括提取地面擴展目標等靜態目標的相位特征，以及基于相位統計分析來揭示隱身目標。本發明中的目標相位特征提取包括兩種方式，其一是使用變發散角探測模式下的單元探測器鑒相，其二是利用相干全息成像獲得相位信息。本發明利用隱身涂料和偽裝材料與自然目標在粗糙度等方面的差異，通過相位統計方差來判定是偽裝目標還是自然背景，實現對地面偽裝和隱身目標的揭示發現。

技術領域

本發明屬于激光目標探測技術領域，特別涉及一種基于相干激光雷達的靜態隱身目標揭示方法。

背景技術

近年來，隨著隱身技術的發展，特別是加裝有偽裝涂層的各類坦克、裝甲等地面目標，使得傳統的檢測手段很難有效檢測除目標信息。尤其在地面復雜背景下，如何有效提高復雜背景下的隱身目標檢測能力，減小隱身目標威脅是一個具有重要科學意義和軍事應用價值的問題。目標隱身的原理主要有兩種，一是以隱身飛機的隱身原理為代表，即降低目標表面的電磁散射使得探測系統接收到的目標回波能量減弱，使目標回波淹沒在背景噪聲之中；二是降低目標與周圍環境的輻射特征差異。進行隱身目標檢測需要解決上述兩個問題，即需要在低信噪比條件下進行目標信號的檢測，同時需要將目標與背景進行區分。所述的靜態目標一般以地面靜止目標為主，當單脈沖進行目標探測時相脈沖時間內探測系統與目標之間相對靜止也可以視作為靜態目標。

從目前的地面隱身目標識別技術來看，主要有可見光、紅外、窄帶多光譜、偏振光檢測等。利用可見光成像檢測目標時，其圖像清晰能夠提供所在場景的細節信息，但是由于被多種偽裝技術直接針對，可見光檢測采用隱身技術的目標直接識別能力較差，難以突出背景與目標的差異。利用紅外圖像通過檢測目標與背景溫度和反射率差異，對不同溫度目標識別能力較強，但是紅外成像器件造價較高，空間分辨率較低。多光譜探測在可見光和近紅外波段對入射光進行窄帶單色濾波，形成多組單色圖像。通過對景物的光譜特征進行區分判別實現目標檢測，這是目前研究最為集中的隱身目標偵察方式如圖1所示，但其依賴于外界光源對目標的照射（一般為太陽光）。隨著偽裝技術和隱身材料的發展，偽裝材料和涂層的光譜特征與地物背景的相似度越來越高，當隱身目標與背景近似“同色同譜”時就無法從地面復雜背景下有效地檢測出隱身目標，并且多光譜檢測隱身目標數據處理量大，無法做到實時輸出結果。偏振光成像技術測量的是在某個偏振方向上目標與背景的偏振信息，而不同的物體具有不同的偏振信息，因此采用偏振光可以檢測出隱身目標，但其檢測準確度受目標與背景的表面粗糙度、探測波段、探測角度和天氣等因素影響較大。

采用高光譜相機進行地物目標識別時，使用白光為激光雷達光源照射目標區域，并對目標區域回波進行窄帶單色濾波，形成多組單色圖像。對于同一空間位置目標，以波長為橫軸，回波強度為縱軸可以繪制其光譜特征曲線。通過區分不同地物的光譜特征曲線，可以實現對地物目標的區分鑒別，這是目前研究較多的隱身目標檢測方法。

相干激光雷達回波中攜帶了豐富的目標特征，這些信息調制在回波的強度、波形、光譜、偏振、相位等信息中。已有的文獻和研究中隱身目標的揭示方法集中于利用強度、光譜、偏振等信息，目前還沒有利用相位信息進行隱身揭示的方法。事實上對于地面通過偽裝材料或偽裝涂料進行偽裝的目標與自然環境的相似度在于光譜反射率相似、偏振特性相似等，但其表面粗糙度等引起回波相位的調制的特征仍然差別較大。

發明內容

本申請所述的相干激光雷達靜態隱身目標揭示方法，是利用激光回波中包含的相位信息反映目標表面的粗糙程度等細微特征，用來區分隱身目標與自然目標?？傮w思路為首先進行靜態擴展目標的相位特征提取，可以通過單元探測器相位檢測或全息成像的方式獲取相位信息。利用相位信息進行目標揭示，主要通過兩種途徑實現：一是對回波相位進行統計分析，利用目標和背景之間相位統計分析結果的差異進行目標鑒別；二是直接對全息圖像進行圖像處理分析，利用全息圖像的差別進行目標鑒別。由于相干探測本身對微弱信號的探測優勢，以及回波相位對目標表面粗糙度等細微特征的敏感性，該方法可以有效提高激光雷達對隱身目標的揭示能力。