一種空間目標(biāo)形態(tài)測量系統(tǒng)的仿真研究.pdf

1、作為空間機(jī)動(dòng)平臺的主要探測模式，采用激光成像雷達(dá)體制的空間目標(biāo)形態(tài)測量技術(shù)有十分重要的應(yīng)用。由于空間應(yīng)用的特殊性，空間目標(biāo)形態(tài)測量需要大量的計(jì)算機(jī)仿真，本文即在此應(yīng)用背景下展開研究。
　　根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用背景與需求，通過理論分析，本文構(gòu)建了空間目標(biāo)形態(tài)測量系統(tǒng)的物理模型。在模型中，選用的主要工作體制是調(diào)頻連續(xù)波（FM-CW）方式的半導(dǎo)體激光非掃描成像雷達(dá)。通過對FM-CW方案的分析，以信號處理流程為脈絡(luò)，提出了模塊化的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方

2、案。對方案涉及的關(guān)鍵器件與核心技術(shù)作的詳細(xì)理論分析，完善并細(xì)化了系統(tǒng)模型。從分析結(jié)果中，確定了系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，對系統(tǒng)模型進(jìn)一步的量化。
　　基于系統(tǒng)模型，本文在虛擬儀器LabVIEW開發(fā)環(huán)境中，進(jìn)行了仿真系統(tǒng)的算法研究與程序的設(shè)計(jì)、開發(fā)。采用由頂向下的模塊化設(shè)計(jì)，把仿真系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)為相互關(guān)聯(lián)的“目標(biāo)輸入模塊”、“激光雷達(dá)模塊”與“報(bào)表輸出模塊”。作為系統(tǒng)核心的“激光雷達(dá)模塊”，需要仿真從激光產(chǎn)生到成像結(jié)果顯示的全過

3、程。對其中關(guān)鍵的探測器子模塊，本文對底層的單像素信號處理、頂層的面陣探測進(jìn)行了詳細(xì)的流程設(shè)計(jì)與算法研究，首次在仿真環(huán)境中再現(xiàn)了FM-CW體制的激光成像雷達(dá)系統(tǒng)。
　　而作為仿真系統(tǒng)的輸入輸出端，目標(biāo)模塊與報(bào)表模塊都著重考慮了仿真系統(tǒng)與外界的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)從3DMax目標(biāo)輸入到成像結(jié)果的JPEG圖像輸出與EXCEL數(shù)據(jù)表輸出。在完成了模塊間的集成與系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)后，本文成功構(gòu)建了用于空間目標(biāo)形態(tài)測量的仿真系統(tǒng)。
　　接下來，以

4、激光雷達(dá)圖像和系統(tǒng)模型中的技術(shù)指標(biāo)為評估標(biāo)準(zhǔn)，在空間目標(biāo)形態(tài)測量的應(yīng)用背景下，我們對仿真系統(tǒng)進(jìn)行了測試。在理想信噪比狀態(tài)下，遠(yuǎn)距離（10km~1km）的目標(biāo)指示測試能較好的還原出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從不同距離（8km、5km、3km）目標(biāo)的測距結(jié)果分析，距離精度小于1.00m；中距離（1km以內(nèi)）的成像測試中，仿真系統(tǒng)獲得了正在變姿變軌的運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的激光雷達(dá)4維圖像，可從成像結(jié)果準(zhǔn)確的判斷出目標(biāo)的形態(tài)，成像距離精度小于0.20m。近距離（50

5、0m以內(nèi)）的高精度成像測試中，仿真系統(tǒng)能夠精確的還原懸停目標(biāo)的形態(tài)信息，距離精度達(dá)到厘米量級。
　　除了距離精度，系統(tǒng)的距離分辨力也影響著系統(tǒng)性能。通過分析，啁啾波形的非線性畸變會導(dǎo)致距離分辨力下降。本文應(yīng)用聯(lián)合時(shí)頻分析（JTFA），通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)出一種啁啾畸變算法，開發(fā)出可產(chǎn)生非線性畸變的啁啾發(fā)生模塊。利用添加此模塊的仿真系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)了校正前非線性度2％的啁啾波與閉環(huán)校正后非線性度0.05%的啁啾波對于成像結(jié)果的影響，證明