[發(fā)明專利]一種對空中運(yùn)動目標(biāo)的激光外差探測自主搜索方法

有效

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• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113433555B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董驍;胡以華;石亮;楊星;趙楠翔;顧有林;徐世龍;韓飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01S17/04
• 分類號: G01S17/04;G01S7/48
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

本發(fā)明提供了一種對空中運(yùn)動目標(biāo)的激光外差探測自主搜索方法，包括以下步驟：激光外差探測系統(tǒng)先對目標(biāo)可能存在空域進(jìn)行初始掃描探測，獲取被掃描區(qū)域的回波信息；提取初始掃描幀回波的幅值和速度極值，判斷回波類型；繼續(xù)沿原掃描方向掃描，提取本幀回波的幅值和速度極值；先判斷本幀回波的類型，后比較本幀和前幀回波的速度極值大小，根據(jù)結(jié)果控制下一幀掃描方向，提取下一幀回波的幅值和速度極值；重復(fù)上述步驟，直至某幀回波的幅值和速度極值均超過門限。本發(fā)明通過對目標(biāo)本體及其周圍環(huán)境的激光融合探測，實(shí)現(xiàn)了對運(yùn)動目標(biāo)的自主搜索跟蹤，減輕目標(biāo)丟失時外部搜索引導(dǎo)手段的壓力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對空中運(yùn)動目標(biāo)的激光外差探測自主搜索方法。

背景技術(shù)

隱身飛機(jī)等低可探測性空中目標(biāo)，由于高速運(yùn)動產(chǎn)生了無法隱藏的大氣風(fēng)場擾動，即風(fēng)場在一定時空范圍內(nèi)出現(xiàn)了遠(yuǎn)高于背景大氣常規(guī)變化特征的一種狀態(tài)。此類擾動具有3個顯著特點(diǎn)：（1）與目標(biāo)類型相關(guān)；（2）滯空時間長，可達(dá)數(shù)百秒，擾動區(qū)域大，擾動區(qū)域在橫向上可達(dá)百米，縱向上持續(xù)幾十公里；（3）擾動信息可通過激光雷達(dá)探測氣溶膠散射回波測得。因此規(guī)避了目標(biāo)本體采取的紅外輻射抑制、隱身技術(shù)等反探測措施。基于大氣擾動的目標(biāo)探測技術(shù)為目標(biāo)探測開辟了新途徑。

使用激光雷達(dá)探測大氣擾動時，激光回波一般源于氣溶膠散射，其回波很弱，為實(shí)現(xiàn)極微弱信號探測和多維信息獲取，目標(biāo)引起的風(fēng)場擾動探測往往采用外差探測體制。該種探測體制能得到回波信號的包絡(luò)、風(fēng)速和風(fēng)向等多維信息。外差激光雷達(dá)系統(tǒng)對待測空域掃描時，一般采用RHI（Range-Height Indicator）掃描或PPI（Plan-PositionIndicator）掃描等斷面掃描方式，得到空中目標(biāo)飛行路徑上風(fēng)場擾動分布的橫截面。激光脈沖波束在mrad量級，因此，激光脈沖一般很難高概率的照射到目標(biāo)本體，這導(dǎo)致了了傳統(tǒng)激光雷達(dá)對空中目標(biāo)自主搜索跟蹤能力弱的難題。

中國專利公開CN102721967A公開了一種基于風(fēng)場擾動類型的空中目標(biāo)發(fā)現(xiàn)方法，中國專利公開CN102902977A公開了一種基于風(fēng)場擾動特征的空中目標(biāo)分類方法。現(xiàn)有研究和文獻(xiàn)主要集中在單架飛機(jī)的尾渦探測和尾渦特征，實(shí)現(xiàn)尾渦告警、保障飛行安全和提高機(jī)場容量，目前尚無利用低可探測性空中目標(biāo)的激光回波信號的時頻域特征提高激光雷達(dá)對空目標(biāo)搜索的成熟方法。實(shí)際上，可利用激光雷達(dá)回波的時頻域特征提高目標(biāo)搜索效率，當(dāng)激光束照射到目標(biāo)本體時，激光雷達(dá)回波有明顯的波形信息，反映到外差信號上時，其包絡(luò)明顯區(qū)別于氣溶膠等分布式目標(biāo)回波，再結(jié)合頻移信息能排除云層和飛鳥、無人機(jī)等運(yùn)動目標(biāo)干擾；當(dāng)激光束未照射到目標(biāo)本體，應(yīng)從激光回波中判斷風(fēng)場擾動特征，利用風(fēng)場擾動規(guī)律開展擾動源搜索，直至發(fā)現(xiàn)目標(biāo)本體。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種對空中運(yùn)動目標(biāo)的激光外差探測自主搜索方法，包括以下步驟：

步驟1，對目標(biāo)的預(yù)測存在空域進(jìn)行初始掃描探測，獲取被掃描區(qū)域的回波信息；

步驟2，提取初始掃描幀回波的幅值和速度極值，判斷回波類型；

步驟3，繼續(xù)沿原掃描方向掃描，提取本幀回波的幅值和速度極值；

步驟4，判斷本幀回波的類型，再比較本幀和前幀回波的速度極值大小，根據(jù)結(jié)果控制下一幀掃描方向，提取下一幀回波的幅值和速度極值；

步驟5，重復(fù)上述步驟，直至某幀回波的幅值和速度極值均超過設(shè)定的幅度閾值和速度極值門限，記錄該幀回波的方位。

進(jìn)一步的，所述目標(biāo)的預(yù)測存在空域是由紅外探測器、雷達(dá)或上級提供的引導(dǎo)信息所確定的區(qū)域。

進(jìn)一步的，步驟4包括子步驟：

步驟4.1，比較本幀和前幀回波的速度極值大小，當(dāng)本幀回波的速度極值大于前幀回波的速度極值，則下一幀繼續(xù)按當(dāng)前掃描方向進(jìn)行掃描；