激光雷达在航天器交会对接中的应用

本文简要地介绍激光雷达的工作原理及其在交会对接中的应用,美国、西德、日本等开发的交会对接用激光雷达的主要性能,参数,日本宇宙开发事业团和宇宙科学研究所委托三菱电机和日本电器公司研制的激光雷达及其在实验、观测用小型空间自由飞行器(SFU)和技术试验卫星Ⅶ(ETS-Ⅶ)上的应用计划。     

ETF算法在SAS成像处理中的应用研究

在传统ETF（Exact transfer function）成像算法的基础上，根据SAS（synthetic aperture sonar）应用中较为普遍的发射器和接收器收发分置的基本模型，该文详细推导得到了一种应用于SAS成像的改进的最优ETF算法，分析并推导得到了算法使用中应该满足的分块处理条件。由于该改进算法推导过程中聚焦函数的方位相位的计算不作近似截取而是做准确计算，使得该算法具有最优的相位精度。同时，分块处理条件的推导，为数据的并行运算提供了依据。该算法对数据分块进行并行处理，使得算法运算速度得到提高，有利于算法应用的快速实现。最后，该文使用点目标回波仿真数据对算法的效果进行了验证，成像结果证明了该改进算法的有效性。     

复杂背景下大尺寸目标激光散射回波能量的计算

由于实际环境的复杂性, 理论计算大尺寸复杂目标粗糙表面的激光散射回波能量影响一直十分困难。将随机介质离散粒子光散射理论和粗糙面光散射理论结合起来, 利用计算机图形学精确建立复杂目标的几何模型, 依据复杂目标粗糙表面特征, 并考虑沙尘、雾等环境特性对激光传输的影响, 计算了大尺寸复杂目标粗糙表面激光散射在复杂环境下回波能量随不同观测角度和能见度的变化情况。计算结果可用于目标特征提取、识别和分类, 满足工程精度需求。     

基于双边缘技术的低空测风激光雷达分析

利用双边缘技术采用直接探测激光雷达探测低空(1 km以下)气溶胶的后向散射回波,改进了针对低空气溶胶散射信号的双边缘技术理论,并通过模拟灵敏度的变化曲线选取了系统对气溶胶信号响应性能最好时的Fabry-Perot标准具及激光参数.模拟估算了系统的灵敏度和测量误差,结论表明:系统的相对灵敏度在小频移时可达到7%,系统误差可小于1 m/s.     

直接测风激光雷达中F-P标准具的频率动态锁定

直接探测多普勒测风激光雷达中,双边缘技术可分别测量回波信号中大气分子散射和气溶胶散射的成分,因而在保持高测速灵敏度的同时,可以减小瑞利背景噪声的影响.这决定了其在大气对流层风场观测的优势地位.直接探测双边缘技术中,使用双通道Fabry-Perot标准具作为鉴频器,将频率变换转换为信号强度变化.该技术的前提是出射激光频率始终处在双通道标准具透过率曲线的交点频率附近.提出的标准具腔长调制反馈电路方法有效解决了该问题.     

不同风剪切特性下的尾流分布

针对风剪切对尾流的影响研究不充分的问题,文章在某风电场进行了风场实验,分析了不同风速下的风剪切现象以及在不同来流条件下的尾流变化特征,并使用了三维尾流模型对垂直尾流剖面进行了验证。结果表明：风速大小对风剪切的影响较为明显,风剪切效应随着风速的增加而加强,风速每增加1 m/s,风剪切指数增加0.05;风剪切效应对尾流的分布有较大影响,风剪切效应越强,尾流的速度沿着高度方向上的梯度越大,尾流的宽度和长度也越大;在轮毂中心线附近的模型预测曲线和尾流实测数据拟合较好,相对误差基本在10%以内,受地形的影响,近地侧预测的相对误差较大。     

基于四叉树划分的地面激光雷达数据简化

在分析地面激光雷达的数据特性和现有数据简化方法的基础上,提出了一种基于四叉树划分的地面激光雷达数据简化方案,给出了算法的基本思想和实现方法。实验表明该算法对于呈平面分布的点云数据简化能达到很高的压缩比,并具有良好的边缘保持性能。     

激光雷达的二元接收方法研究

成像激光雷达系统一般采用单元探测器,每次只探测一个像素.扫描光学系统(扫描器)将发射脉冲指向目标,回波强度反映目标的反射率特性.扫描器按照一定的扫描图样将光束指向目标上的不同位置,这样,就可以通过接收系统得到目标的强度图像和距离图像. 经理论分析可以得出目标的距离R与成像的像元素m和帧频数n的关系为:2Rmn=c(1) 式中c为光速.可见像元素、帧频数与成像距离三者的乘积为常数.当成像距离一定时,成像激光雷达存在着高成像速率和高分辨率(高像素数)的矛盾,即不可能使成像分辨率达到很高的同时,还使成像速率也达到很高.如果像元素与帧频数一定,则非模糊的最大距离间隔受到限制. 为了解决像元素、帧频数与成像距离的矛盾,我们把脉冲激光分为偏振方向垂直的两束光,以一定的夹角同时发射,打到目标的不同位置.回波信号采用偏振分束片分束,由两支探测器分别接收不同偏振方向的回波信号,我们称之为二元接收,则(1)式变为:Rmn=c(2) 可见当成像距离一定时,像元素与帧频数的乘积可提高一倍;而当像元素与帧频数的乘积一定时,非模糊的成像距离则提高一倍.因此采用二元接收方式可以提高成像激光雷达的性能.(PG5)