低慢小目标面阵推进式激光成像探测方法研究

为了解决空中低慢小目标探测存在“发现难、识别难、跟踪难”的问题,提出了一种面阵推进式激光成像探测方法。采用面阵探测器对场景选通成像,通过车载成像系统的行进来实现多帧不同场景图像的获取,并运用一种特定的距离映射关系来实现对观测场景的3维重构。以低空小型飞行物为目标,设计了成像探测系统的基本参量,并从激光二极管阵列单元、脉冲宽度与重复频率、大气衰减、信噪比和脉冲峰值功率等方面分析了成像探测系统的基本性能。结果表明,在低空范围内,面阵推进式激光成像探测方法可有效对大面积空域进行快速3维成像,缩短图像生成时间,为下一步的系统工程实现提供了理论和技术指导。     

基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管（APD）面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。     

反射层析激光雷达实现小远目标超分辨成像

<正>反射层析激光雷达是一种新型成像探测技术手段,探测系统发射脉冲激光束对目标进行全覆盖,通过其与目标之间的相对运动,多角度准确获取包含目标表面反射分布信息的回波数据,并解算得到反射系数投影分布。根据傅里叶切片定理,投影数据的一维傅里叶变换和目标投影图像的二维傅里叶变换相等,利用专用算法进行重构处理,从而实现激光垂轴方向的目标投影成像。该成像方式在激光回波信噪比足够大的情况下,成像分辨率与探测距离、系统孔径无关,而主要与激光脉冲宽度、探测电路带宽和采集系统采样率有关。     

32×32面阵InGaAs Gm-APD激光主动成像实验

近十年来,由于盖革模式APD焦平面探测器在探测灵敏度、空间分辨率和距离分辨率等方面的优势,使得面阵APD激光主动成像技术成为国际上的研究热点。考虑到大气传输特性,InGaAs材料或者HgCdTe材料的面阵APD探测器成为研制首选。在国内自研InGaAs材料的3232像元Gm-APD基础上,搭建了一套1 570 nm激光主动成像实验平台,在成像帧频1 kHz、单脉冲能量2 mJ条件下,获得了外场3.9 km目标的轮廓像,在720 m处能获得目标的清晰表面结构距离像。通过该外场实验,证实了国内自研的面阵Gm-APD探测器性能良好,能够演示外场激光主动成像功能。实验结果表明,1 570 nm面阵APD激光成像雷达成像性能良好,能够实现远距离目标遥感探测,为未来实际应用奠定了良好的研究基础。     

基于面阵探测系统的扫描成像信息获取方式研究

为了实现对目标进行高信噪比、高时间分辨率的探测,近年来数字时间延迟积分技术(TDI)逐步应用于面阵探测系统。结合自行研制的CMOS探测器,搭建测试平台,对面阵探测系统的扫描成像方式进行深入研究。重点针对数字时间延迟积分技术(TDI)对面阵探测系统信噪比提高的分析,结合试验研究系统信噪比提高倍数与数字TDI级数M的关系,并对探测系统时间分辨率与数字TDI级数M的关系进行讨论。引入数字TDI及多帧叠加两种图像信息获取方式的对比,分别对特定目标获取图像的噪声特性及非均匀性对比分析。     

激光主动探测空间目标的成像仿真

成像仿真可为地基激光主动成像探测系统的优化设计提供参考,为图像处理和空间目标识别算法开发奠定数据基础.介绍了国外成像仿真系统的功能和应用情况,在具体分析激光主动探测空间目标成像仿真原理的基础上,按照目标三维建模、目标散射特性分析、成像仿真及场景可视化四个方面,提出了自己的激光主动探测空间目标的成像仿真思路和方法.     

激光反射层析成像技术的研究进展

激光反射层析成像技术是一种通过不同角度下激光在物体深度方向的一维时间流信号积分重建目标二维轮廓图像的远距离成像技术,其重建图像的空间分辨率只与探测器的带宽、激光的脉冲宽度和噪声有关,与作用距离、光学接收孔径无关,是现阶段实现远距离空间目标探测的最可行手段。介绍了激光反射层析成像的基础理论问题、投影数据处理方法、图像重建算法、探测成像实验系统以及成像实验研究等问题,总结和对比了国内外的研究进展,探讨了需要重点解决的问题,并展望了激光反射层析成像技术未来的研究方向。     

蓝绿激光水下成像系统的探测灵敏度分析

为了分析水下激光成像探测系统的探测能力,根据水下蓝绿激光主动成像系统的成像过程,分析了目标与背景的辐射特性、海水后向散射特性、距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能,提出了一种基于光束扩展函数(BSF)的探测灵敏度模型。该模型在海水散射系数与衰减系数之比介于0~1的范围内都适用。通过对给定参数的系统进行分析计算,进一步讨论了激光发散角、系统接收口径和图像传感器选通门宽等因素对系统探测能力的影响。结果表明:当选通门宽等于激光脉冲宽度时,系统的探测深度达到最大。模型的建立将为系统设计和系统参量的优化选择提供理论依据。     

线阵扫描三维成像激光雷达系统

针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。     

基于盖革APD阵列的光子计数三维成像

基于盖革APD阵列的激光主动探测系统具有较高的灵敏度、空间分辨率和测距精度,在遥感探测、目标识别等领域具有广泛的应用前景。受探测模式、噪声等因素影响,盖革APD阵列需要大量累积光子探测来实现高精度成像。针对该问题,基于目前国内规模最大的InGaAs盖革APD阵列,搭建了1 064 nm激光探测实验装置,对室外600 m外目标进行了成像。通过分析光子计数物理过程,建立了目标反射率与距离的极大似然估计。结合自然图像稀疏的先验知识,采用正则化图像重构方法,改善了累积光子数较少情况下的成像精度。通过对比,验证了正则化图像重构方法能够抑制光子数涨落引起的参数估计偏差,提升了成像质量。     

圆周阵列太赫兹干涉成像中目标场景仿真

太赫兹干涉成像是一种基于频谱域的成像方法,通过对目标场景的频谱域信息采样重构目标图像,避免了逐像素扫描,所需的探测阵元数目少,在图像获取速率和成像分辨率上具有发展潜力。研究了太赫兹干涉成像原理及其实现方法,分析了成像分辨率和有效视场问题。通过仿真实验分析了目标场景中存在噪声对成像质量的影响,表明干涉成像对目标噪声较为敏感。对安检应用场景的反射成像模式进行了分析,证明了原理系统的适用性。仿真结果所得结论可为太赫兹干涉成像系统设计和实际应用提供理论依据和技术支持。     

InSb面阵探测器波段内脉冲激光干扰响应特性研究

介绍了激光定向干扰红外探测系统的干扰机理及波段内激光定向干扰的主要干扰方式.以InSb红外探测成像系统为研究对象,开展了典型条件下的波段内脉冲激光定向干扰试验,分析了InSb面阵探测器对波段内脉冲激光干扰的响应特性,获取了探测器在脉冲激光干扰下的损伤模式和损伤阈值,为后续深入研究激光定向干扰效能奠定基础.     

激光主动成像技术应用及发展

近年来,激光主动成像技术得到快速发展,为获取高分辨率的图像信息提供了一种全新的探测手段。本文阐述了距离选通成像系统的基本原理,结合国外研究成果,对4种成像探测系统做了介绍:超分辨率距离映射成像系统、短波红外单基/双基成像系统和红外与激光双模组合成像系统。重点对各系统的构成、关键器件及技术优势进行了研究,并对实验结果进行了分析。分析了距离选通成像技术的发展趋势,对发展新型成像探测系统具有参考价值。     

激光周向探测系统最佳脉冲频率与扫描转速

针对单光束激光周向探测系统中的扫描频率与电机转速的匹配难点问题,进行了单光束脉冲激光周向探测系统的目标探测研究。为提高单光束脉冲激光周向探测系统探测概率,建立了周向探测系统的弹目交汇模型,运用蒙特卡罗算法分析了激光脉冲频率和电机扫描转速对周向探测系统探测目标概率的影响,并选取最佳脉冲频率与电机扫描转速。根据最佳激光脉冲频率与电机扫描转速设计了原理样机并进行模拟探测实验。实验结果表明,当脉冲激光频率为20kHz,电机扫描转速为30000r/min时,在3m探测距离范围内周向探测系统能有效探测目标。为单光束激光周向探测系统的最佳激光脉冲频率和电机扫描转速设计提供依据。     

周视激光成像引信设计及仿真

激光成像探测是引信技术发展中一个重要方向,周视成像探测技术可以有效提高引信系统的探测能力。文中首先提出一种简易周视激光成像引信原理和结构,在弹目交会过程中可实现360周视探测的目标成像;其次建立弹目交会模型和目标3D模型,模拟简易周视激光成像引信对空和对地面目标成像探测的过程;最后设计简易周视激光成像引信的仿真软件,用于生成引信在不同弹目交会条件下的仿真数据,包括目标灰度图像、二值图像、回波信号等,可为周视成像引信的图像识别电路设计和最终的工程化实现提供可靠依据。     

一种适用于空空导弹的激光灰度成像引信技术

针对空空导弹激光引信易受云烟雾、地海杂波干扰的问题,提出了一种适用于空空导弹的激光灰度成像引信技术。采用推扫式线阵成像探测方式,即随着弹目交会运动并根据激光回波幅度对目标逐行扫描灰度成像。通过渐进式目标识别算法处理逐行累积而成的灰度轮廓像可实现激光引信精细化探测,从而提高其抗干扰的能力。原理样机试验验证数据表明,激光灰度成像技术可较好地运用到激光引信中,验证试验获取的图像、数据,为激光引信抗干扰研究提供了技术储备。     

2D/3D 距离选通成像的低对比度目标探测

低对比度目标探测在司法取证、反恐维安、远距离监控、搜救等应用中具有重要意义,然而传统二维成像方法则难以对其有效探测。由此,提出了基于2D/3D 距离选通成像探测低对比度目标的方法:通过2D 距离选通成像直接获取目标无背景或背景部分滤除的二维选通图像,从而突显目标,简化目标提取图像处理;当复杂背景无法有效滤除时,可进一步通过3D 距离选通成像重建二维选通图像中丢失的三维空间信息,通过距离图区分目标与背景,实现目标有效探测。在该方法中,3D 距离选通成像是基于上述二维选通图像采用超分辨率三维成像反演实现的,因此无需耗时获取新数据,从而提高了实时性,并压缩了数据量。研究和实验表明:该方法可有效解决低对比度目标探测问题,在低照度及恶劣天气环境下均可有效工作。     

一种用于激光告警的PIN面阵探测系统设计

针对激光告警技术中面阵成像探测方式容易产生漏警、虚警以及信号处理难度大的问题,提出了一种基于触发器阵列锁存的PIN面阵探测系统设计方案。该系统以触发器为基本单元,同时在PIN面阵探测电路的输出端设计了信号锁存阵列,可将来自PIN面阵探测器所有通道的输出信号同步锁存,并设计了读取电路将锁存阵列中的面阵数据以串行数据的形式输出。采用FPGA搭建了阵列规模为8×8、角度分辨率为6°的信号锁存阵列和读取电路进行了试验验证,结果表明该方案可以实现高分辨率激光告警功能。     

基于“猫眼效应”的激光主动成像探测系统性能分析

通过对调制对比度限制下的作用距离建模,文中分析了激光主动成像探测系统的性能.首先描述了系统组成,然后通过调制对比度的表达式导出了作用距离模型,最后根据"猫眼"目标和漫反射目标不同的特性分别进行了仿真计算.结果表明:激光主动成像探测系统基于"猫眼"效应探测时性能大大提高.     

无扫描四维激光成像技术研究

采用激光全视场照射,ICCD面阵接收,由于像增强器的增益指数与其工作电压成正比,通过对ICCD的像增强器的选通电压进行调制提取目标四维图像.即在激光发射后一定的延迟时间内控制其工作电压递增,使在脉冲选通时间内目标距离越远的回波信号通过像增强器时增益倍数越大.这样所成的像经过ICCD图像采集输出,其各像素的幅值信号包含目标的距离增益信息和目标反射的灰度信息.再从幅度信息中滤除目标反射灰度信息和大气传输的影响,提取目标的距离信息,最终从面阵探测器中提取距离信息,实现无扫描激光四维成像制导技术.