基于半解析模型的激光测高回波海水海冰波形分类方法

现有利用激光测高波形的地物分类方法绝大多数基于机器学习的分类原理,是一种基于经验的分类方法。从激光回波的理论模型出发,通过推导纯海水表面回波和含有海冰的表面回波的解析模型,对纯海水回波和含有海冰回波逐个采样点按时域距离加权计算总振幅差异值,以该差异值作为依据建立一种半解析型的海水、海冰分类方法;通过机载LiDAR将在格陵兰北部海冰区的实测点云数据判断GLAS激光脚点对应的地面类型,对GLAS在该区域实测波形进行基于论文方法的分类准确性验证;结果显示,在剔除饱和波形影响后,分类总体精度OA大于95%,Kappa系数接近0.89,具有非常好的分类效果。论文将使得激光测高仪地物类型分类方法由基于机器学习为依据向半理论解析模型为依据的分类方向延伸,为后续基于激光回波数据的地物分类方法提供重要的参考思路。     

基于IDL的激光测高雷达回波时域仿真算法研究

从激光测高雷达回波能量分布模型和地表模型入手,详细介绍了基于IDL的激光测高雷达回波的仿真过程及仿真程序各个模块的功能,用Pearson相关性方法将仿真所得波形与实测回波波形进行了分析比对,二者的相关性系数达到90%以上,并分析了回波脉冲波形随测高系统参数和地表参数的变化情况.该方法可以直观有效地对不同地表的回波进行仿真,为激光测高雷达的回波分析提供了重要的技术手段.     

激光回波波形分析小目标检测成像方法

通过信息处理提高激光成像对目标信息的感知和获取能力是该领域重要的研究方向.现有激光成像系统的分辨率上限取决于目标处成像光斑的大小,在仅利用回波时延和强度信息的前提下,光斑内小目标回波信号被背景目标信号所掩盖,难以有效实现对小目标的信息提取与检测成像.通过建立激光成像回波信号模型,构建了激光回波分解和子目标信号提取算法,可以有效恢复出激光回波信号中被掩盖的小目标回波信息,从而实现对光斑内小目标检测成像,提高激光成像的信息获取能力.对真实数据的实例分析验证了该方法的有效性.     

面向雷达数字化仿真的目标回波模拟方法研究

雷达数字化设计与仿真技术作为雷达科研的"数字孪生"技术,已成为现代雷达科研必备手段之一,雷达目标回波模拟作为雷达数字化设计与仿真中关键功能之一,应首要解决。雷达目标回波模拟主要面临雷达信号波形的描述、目标的描述和雷达回波的生成等三个技术问题。为此,针对雷达数字化设计与仿真技术中雷达回波模拟问题的技术难题,描述了参数化雷达信号波形及其与目标的相互作用,给出了雷达回波生成的具体方法,并通过仿真验证了提出方法的有效性和可行性。     

飞秒激光加工快速测高随动方法研究

针对红外焦平面探测器在新型飞秒激光加工方式上的焦点精确控制需求,建立一套合理高效的飞秒激光快速响应测高随动控制系统,在保证飞秒激光稳定测高、精准控制的基础之上,对其中两个关键点进行深入研究。利用测高仪测量与中值滤波法对测量数据进行优化拟合,降低了曲线失真的程度;通过控制器位置触发方式与PI控制算法优化了压电陶瓷(PZT)的随动精度。实验结果表明,此系统能够获得良好的效果：针对不同尺寸晶圆,可以获得当以800 mm/s速度加工时,整体随动方差为0.6μm,最大误差为1.1μm;当以速度1000 mm/s加工时,整体随动方差为0.9μm,最大误差为1.4μm。本方法可以极大地提高飞秒激光高速加工时的焦点控制精度,从而保证红外焦平面探测器划片边缘质量,增加产品良率,降低成本。     

光子体制激光测高卫星大气探测算法分析

作为新一代激光测高卫星,光子体制激光测高卫星具备更高的数据覆盖密度、测高精度。云气溶胶、吹雪效应引起的前向散射,对最终测高数据精度有较大的影响。而光子体制激光测高卫星大气探测算法与传统激光测高卫星有较大区别,聚焦光子体制激光测高卫星大气探测相关技术,主要梳理了云气溶胶传输系统、冰星2两颗光子体制卫星关于系统参数、大气探测技术、大气相关参数反演算法等方面内容,分析现有光子体制激光测高卫星在大气探测技术上面临的难点。关于光子体制卫星大气探测技术的调研分析,对我国光子计数激光雷达相关研究可起到一定的推动作用。     

发展三极观测激光测高卫星的探讨

南极、北极和青藏高原素有地球三极之称, 正经历着巨大变化的“三极”区域既是影响研究全球气候变化的关键区,又是保障国家安全利益的重要战略特殊区。激光测高卫星具有快速获取全球地表高精度三维信息的特点,在极地区域相比其他类卫星其优势更加明显。为满足新形势下“三极”区域遥感观测研究的需求,立足于激光测高卫星,总结了国内外已有激光测高卫星在极地观测方面的现状,分析了激光测高卫星在极地区域的观测需求,探讨了激光测高卫星在极地区域的可观测要素,提出了我国发展极地观测激光测高卫星的相关建议,并对未来极地遥感卫星体系建设给出了初步设想及展望。     

激光测高卫星大气散射延迟改正现状及展望

激光测高卫星可以在大范围内获得亚米甚至厘米级的地表高程信息,但不可避免受云、气溶胶等粒子引起的散射影响,其中前向散射引起的激光测距和最终测高误差不容忽视。文中系统梳理激光测高卫星大气散射误差改正技术,介绍了国内外卫星激光测高系统参数、大气探测及散射改正算法,有别于已有的蒙特卡洛模拟改正方法,提出了一种基于指数函数模型的大气散射改正算法,选择青海湖等区域的ICESat/GLAS开展试验,结果表明,光学厚度小于2时能有效提升受大气散射影响的数据精度,同时提升数据可利用率约9%,该算法更易于实现业务化应用。最后针对大气参数同步探测的必要性,结合星载大气参数探测设备对后续国产激光测高卫星大气散射改正提出了若干建议。     

卫星隐蔽信号波形设计与仿真

由于谱分析技术的出现和成熟,传统直接序列扩频系统无法满足机密信号传输的安全性要求。针对这一问题,从改变扩频码周期平稳特性入手,对传统直扩系统进行改造。详细介绍了跳码扩频技术和大信号隐蔽技术,并结合这2种技术提出了一种新的波形设计方法,在不同的参数下对设计波形的抗截获性能进行仿真,并与传统直扩系统进行对比,仿真结果表明具有抗截获性能上的提高。     

激光大气传输特性及其回波信号仿真研究

基于Rayleigh散射和Mie散射理论,利用已有的中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)数据及参考模式大气(RMA)数据资料,对355 nm、2 μm、10 μm激光信号的散射、消光、透射等大气传输特性进行了仿真和比较。同时利用高斯函数分析了355 nm波长处的Rayleigh和Mie回波信号光谱分布,并模拟了不同高度处的大气回波信号光谱。结果表明:与2 μm、10 μm相比,355 nm波长的激光信号的散射特性较好;其在大气中传输时,衰减严重,适用于晴空大气;该波段的多普勒测风激光雷达接收到的回波信号在底层以Mie信号为主,高层以Rayleigh信号为主;综合考虑各种因素,选用355 nm作为星载多普勒测风激光雷达的工作波长。     

基于激光引信的回波仿真及抗干扰研究

为了提取目标回波信号的特征信息、提高回波信号仿真精确度,采用地面验证实验时将回波数据记录下来对其数字仿真的方法,将二次曲面单元作为几何建模的基础单元来建立目标几何模型,基于目标表面的材料及双向反射分布函数实测数据,结合遗传优化算法对不同波长的样品从不同角度来进行五参量建模。采用回波包络上升速率的区域联合判别方式,对不同环境下目标的点回波幅值进行了实验验证。结果表明,电压在云烟环境与理想环境下的偏差约为65.3%,包络走势满足对目标识别的判定准则,且在云烟环境中实现了抗干扰,能够修正改善目标在云烟环境下回波信号的仿真模型,提升仿真精确度。     

分布式小卫星SAR回波仿真的并行化研究

分布式小卫星SAR系统回波仿真的计算量和存储量巨大,本文分析了回波仿真及其快速算法,提出了基于仿真时间分解和基于场景分解的两种并行任务分解方法;性能分析表明,前者能够显著提高算法的加速效率,后者在处理大尺寸场景时能有效克服内存不足的问题。最后,一组小型集群系统环境下的仿真实验数据证实了两种方法的可行性和有效性。     

行星地形激光测高可视化仿真系统的设计

建立行星地形激光测高的可视化仿真系统对于卫星探测中行星地形信息的处理具有重要的意义。采用分形技术仿真了行星数字地形,计算了卫星轨道数据和测量点信息。对测量的高程信息通过插值算法得到了规则的DEM,动态地三维展示了整个探测过程的卫星轨道和测量点分布情况,并通过基于LOD的地形生成算法显示了原始的行星地形和测得的地形对比。     

利用波形匹配实现卫星激光测高脚点精确定位的方法

激光测高仪分米量级的绝对高程精度可以满足地面高程控制点的需求,但其十几米甚至几十米的平面偏移使得其激光脚点仅能在平坦地表区域作为高程控制点使用。通过推导激光回波模型建立回波模型仿真器,综合考虑激光能量时空分布、地表轮廓、地表反射率等器件和目标参数的影响,对没有考虑地表反射率影响的现有波形匹配方法进行改进;进而,使用机载LiDAR点云数据和GLAS波形、能量数据,以仿真波形和真实波形相关系数最大原则进行波形匹配,寻找GLAS激光脚点中心坐标的精确位置。结果表明:在GLAS系统接收能量正常的工作周期内,波形匹配的平均相关系数大于0.9,通过波形匹配提高GLAS激光脚点的平面精度,能够实现约2 m的平面定位精度。研究方法能解决复杂地表条件下的激光高程控制点获取问题。     

激光脉冲弱小回波信号提取方法研究

在激光红外复合制导中,主动激光雷达可以提供探测目标的距离信息,并与红外探测方式实现光电互补,有助于提高复杂战场环境下精确制导的准确率。激光测距时,准确的回波位置检测是确保测距精度的关键。而信噪化是决定精度和作用距离的关键。为了提升脉冲回波信号的信噪比,本文提出了一种结合自相关滤波算法与改进的奇异值分解方法的微弱脉冲提取方法,并分别采用仿真数据和实际采集的脉冲激光回波信号进行去噪实验,实验结果表明,本文所提出的方法能够有效地提升回波信号的信噪比,有助于提高激光测距的精度。     

激光跟踪雷达回波概率设计方法研究

论述了激光跟踪基本原理,分析了影响激光跟踪回波概率的几种主要因素,提出了保证跟踪回波率的几项基本措施和环路参数选择原则。所研制的激光跟踪系统的室内、室外实验和靶场实验结果验证了分析结果和设计方法的正确性。     

激光引信回波信号处理方法分析研究

激光引信是随着现代作战环境的需求和激光技术的迅猛发展而出现的一种近炸引信,其精度受到设计系统、目标环境及后期信号处理方法等方面的影响.文中首先分析了激光脉冲测距原理及影响脉冲激光引信测距精度的因素,并分别采用了小波分析及时间加权平均方法对理论下的回波信号进行了研究仿真,并比较其精度.同时,还提出了回波波形受云雾,烟尘、阳光等背景干扰时拟采用的一些方法.通过实验分析可知,这些方法对提高激光引信的精度有很大的帮助.     

舰载雷达目标回波仿真计算方法研究

为满足某舰载雷达系统的试验预测和职手仿真训练需求,针对雷达目标回波仿真要求,进行目标相对运动要素和信号强度仿真方法研究,对于目标相对运动要素仿真,提出雷达装载平台运动数据和目标回波运动数据的仿真计算方法;对于信号强度仿真,提出最大发现距离和目标回波信号强度的仿真计算方法,有效实现了雷达目标回波的录取与跟踪、雷达探测能力预测等功能,提高了雷达目标回波仿真的逼真度,保证了系统仿真的实时性,取得了较好的应用效果。     

调频连续波激光引信云雾回波特性仿真

调频连续波（FMCW）激光引信相比于脉冲激光引信具有较强的抗干扰能力,但仍会受到云雾的干扰。为研究FMCW激光引信系统参数对云雾回波特性的影响,利用FMCW激光引信探测模型,对激光引信在不同收发间距、激光波长以及相对云雾位置条件下的云雾回波特性进行仿真。仿真结果表明:FMCW激光引信的收发间距和激光波长会对云雾回波特性产生明显影响,收发间距越大,在可见光波段和近红外波段的激光波长越短,云雾后向散射越弱。所得的仿真结果可为FMCW激光引信抗云雾干扰方面的优化设计提供参考。