[發明專利]一種基于單脈沖激光回波分解的空間目標尺度反演方法

有效

• 申請號: 202110304581.8
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112698340B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 徐世龍;胡以華;石亮;董驍;方佳節;張鑫源;侯阿慧
• 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;G01S7/48
• 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

本發明公開了一種利用脈沖激光雷達對空間目標進行照射，通過對激光回波進行偏正態波形分解的到若干子回波，計算子回波的偏度和峰度等高階統計特征，利用矩形目標和激光脈沖調制關系對目標尺度進行解算的空間目標尺度反演方法，所說的方法包括：空間目標激光回波的偏正態分解以及基于子回波偏度峰度信息的目標尺度反演。本發明利用衛星與太陽帆板間相對固定的位置關系和太陽帆板和太陽之間相對固定的角度關系，通過回波分解和子回波高階統計特征來反演衛星本體尺寸和太陽帆板尺寸，實現對空間目標的尺度信息獲取。

技術領域

本發明屬激光雷達技術領域，尤其涉及一種基于單脈沖激光回波分解的空間目標尺度反演方法。

背景技術

激光雷達是一種以激光作為光源的主動式遙感技術，空間目標探測成像和信息獲取是當前激光雷達目標探測領域的熱點方向。激光回波中不僅包含了目標的距離信息，通過對激光回波的全波形采樣，還能夠獲得激光光斑覆蓋范圍內目標的幾何與物理特征。例如在激光遙感領域，全波形激光雷達能夠提取出激光足印內目標的粗糙度、傾斜角、植被分布、水深等信息。此外，全波形回波數據也可以用來輔助地物分類。

由于空間目標探測與激光遙感存在較大差異，即激光遙感的激光腳印中通常同時覆蓋多種地形地物而空間目標探測時激光光束中一般只有待測的空間目標，因此其激光回波中包含的是獨立的目標信息，通過回波分解等方法能夠獲得的是目標的縱向散射面的分布情況。

回波分解的方法通常包括對原始波形的濾波和擬合，濾波的同時估計噪聲水平，擬合過程包括參數估計和優化兩部分。常用的擬合函數包括高斯函數、廣義高斯函數以及偏正態函數等。其中偏正態函數具有良好的適應性能夠有效克服傳統高斯函數無法解決回波信號非對稱的問題?；夭úㄐ蔚钠群头宥茸鳛榛夭ㄐ盘柦y計的高階矩信息，能夠用來反映目標的反射率分布情況。單脈沖照射條件下，脈沖激光照射目標根據目標形狀、旋轉角度、位移等不同得到的激光回波將有較大區別，可以利用這以特點來獲取目標特征。

現有空間目標回波波形高斯分解的基本原理，假設激光由衛星正上方垂直入射，得到衛星太陽翼在不同旋轉角度下的目標回波并對回波進行高斯分解。

該技術是利用高斯波形作為基函數對回波進行分解，通過子回波之間的峰值差，計算目標沿光束傳輸方向不同表面間的縱向距離關系，并不能給出目標的平面尺度信息。這種回波分解的方法主要用作激光遙感中樹木樹冠回波與地面回波的區分。

目前對激光回波的分解和處理中，往往進利用分解后波形的一階和二階矩信息，對子回波之間的時間差進行分析，僅能夠得到目標距離信息，無法得到目標尺度、傾角、相對位移等其他信息。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于單脈沖激光回波分解的空間目標尺度反演方法，其特征在于，該反演方法包括以下三個步驟：

步驟1，利用脈沖激光照射目標區域，對目標反射的激光回波進行偏正態分解，得到若干目標子回波；

步驟2，計算各個子回波的偏度和峰度值；

步驟3，利用子回波偏度和峰度峰度值對其所代表的目標部位進行尺度反演。

進一步的，步驟1包括以下子步驟：

步驟1.1，利用脈沖激光照射目標并接收目標回波，調整光源角度直到回波強度最大時認為激光光斑中心與衛星本體中心對準；

步驟1.2，對回波進行偏正態分解，分別得到衛星本體和太陽翼的子回波。

進一步的，所述的步驟1.2的回波分解過程在于分為回波降噪與噪聲估計、參數初始化和參數優化三個過程，選取使用偏正態分布作為波形分解的基函數，其需要初始化的參數包括式幅值、半峰全寬、偏態系數以及均值時刻，選取層層剝離法進行初始參數獲取，回波降噪以及參數優化則選用小波濾波方法和全局收斂LM算法進行參數優化，最終得到一系列偏正態子回波的參數集合來描述分解后的子回波。