激光雷達(dá)典型目標(biāo)回波信號(hào)強(qiáng)度分布實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、基于目標(biāo)回波強(qiáng)度的目標(biāo)識(shí)別是激光雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的重要方面，因此研究目標(biāo)回波強(qiáng)度及其分布是十分有必要的。本文在描述目標(biāo)激光散射特性的雙向反射分布函數(shù)（BRDF）和激光雷達(dá)散射截面（LRCS）兩個(gè)函數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)目標(biāo)回波強(qiáng)度分布進(jìn)行研究。
　　首先，介紹了BRDF、LRCS及激光大氣傳輸效應(yīng)的理論，研究了BRDF與LRCS之間的積分關(guān)系以及兩者與激光雷達(dá)方程的關(guān)系，同時(shí)研究了基于FFT譜反演法的激光大氣湍流傳輸?shù)臄?shù)值模擬方法，采用次諧波

2、補(bǔ)償方式的FFT譜反演法可有效提高相位屏模擬的準(zhǔn)確度；
　　其次，采用單站激光雷達(dá)對(duì)十種建筑物材料進(jìn)行單位面積LRCS測(cè)量，基于BRDF模型對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行擬合，獲得最優(yōu)擬合結(jié)果，進(jìn)而得到目標(biāo)在整個(gè)空間的散射分布情況，并在擬合結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)基于反射率的激光雷達(dá)方程進(jìn)行修改，以及對(duì)四種典型形狀目標(biāo)（平面、圓錐體、圓柱體、球體）進(jìn)行LRCS分析；結(jié)果表明，金屬材料相對(duì)非金屬材料對(duì)激光的反射方向性更好，且材質(zhì)粗糙度越大，散射能力越強(qiáng)；提出

3、的改進(jìn)基于反射率的激光雷達(dá)方程可將回波能量的平均誤差從50.87％降低到5.06%；目標(biāo)的LRCS與目標(biāo)上各點(diǎn)的入射角有很大關(guān)系，入射角越小，給定尺寸目標(biāo)的LRCS越大；
　　最后，基于湍流理論對(duì)激光雷達(dá)方程進(jìn)行擴(kuò)展，并基于擬合的單位面積LRCS對(duì)平面目標(biāo)進(jìn)行有湍流和無(wú)湍流情況下的激光成像雷達(dá)的回波模擬實(shí)驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)激光成像雷達(dá)獲得的回波圖像得到實(shí)際的大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)，在此基礎(chǔ)上研究不同距離處給定面積平面目標(biāo)的回波情況。研究結(jié)果

4、表明，對(duì)于給定目標(biāo)，無(wú)湍流情況下，目標(biāo)距離越遠(yuǎn)回波分布越均勻，且對(duì)于相同發(fā)射功率的平面均勻光和高斯光束，在其他條件相同情況下，發(fā)射波形為高斯光束的回波功率較高；目標(biāo)在給定距離情況下，湍流強(qiáng)度越大，回波強(qiáng)度閃爍越嚴(yán)重，回波功率分布畸變?cè)絿?yán)重；在溫度為10.7℃，距地面60m的條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算大氣湍流折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)為此處公式省略，基于實(shí)驗(yàn)的大氣湍流強(qiáng)度條件下，距離越遠(yuǎn)，回波相對(duì)強(qiáng)度歸一化均方差越大，光強(qiáng)閃爍越嚴(yán)重，回波功率分布畸變?cè)?/p>