目标激光雷达三维距离成像仿真及影响因素分析

论文摘要

激光三维成像技术可以获得目标三维空间及强度信息,特别适用于伪装或丛林目标的探测和识别,具有重要的军事应用价值。本文主要从雷达方程、目标散斑对统计探测的影响、湍流对成像的影响几方面讨论激光三维成像。1.建立阵列探测器像素接收功率和激光脉冲、传输衰减因子、目标形状、材料BRDF、探测器视场、探测器增益、光学效率等参数的联系;初步分析各因素对接收功率的影响。2.基于部分相干成像理论研究了目标散斑对探测器像素尺寸选取及统计探测的影响;提供了漫射目标的三维成像仿真模型;分析了任意目标的成像散斑特性;初步分析了光散射对成像散斑的影响;分析了散斑对光子计数探测器进行距离探测时的概率影响。3.在假设强度为确定信号、噪声满足特定统计模型的前提下,基于信噪比分析阈值、探测器增益等参数对探测概率的影响,从而为后期参数的选择提供合适的依据;基于功率方程和量子效率分析了盖革光电二极管阵列接收光子数水平对探测距离的限制;讨论了部分相干成像和阵列探测器像素数对成像横向分辨率的影响;简要分析了湍流对成像系统光学传递函数的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 激光三维成像系统研制与实验测量
• 1.2.2 目标激光三维成像常用方法
• 1.2.3 目标激光距离成像理论建模发展状态
• 1.3 论文内容及框架
• 第二章 目标激光散射和激光探测
• 2.1 引言
• 2.2 粗糙面光散射分析方法
• 2.2.1 粗糙面统计特征和光散射
• 2.2.2 目标表面激光散射的BRDF 描述
• 2.3 目标激光散射特性探测
• 2.3.1 目标激光雷达散射截面
• 2.3.2 激光雷达方程
• 2.3.3 探测原理与系统设置
• 2.4 目标激光一维距离成像
• 第三章 目标激光三维成像仿真
• 3.1 引言
• 3.2 系统与模块仿真模型
• 3.2.1 脉冲发射模型
• 3.2.2 目标激光散射模型
• 3.2.3 大气衰减模型
• 3.2.4 光学系统与探测器视场
• 3.2.5 环境噪声模型
• 3.3 三维成像功率仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 目标激光三维成像中的散斑
• 4.1 引言
• 4.2 几个重要的概念
• 4.3 漫射目标成像
• 4.3.1 部分相干成像
• 4.3.2 漫射目标成像中的散斑仿真
• 4.4 任意目标散斑特性
• 4.4.1 广义范西泰特-塞尼克定理——散射平面场和观测平面场的关系
• 4.4.2 非成像散斑基本特性
• 4.4.3 三维成像散斑特性
• 4.4.4 物面互强度的计算——光散射
• 4.5 距离探测
• 4.5.1 光子计数
• 4.5.2 积分散斑统计特性
• 4.5.3 三维成像距离探测概率
• 4.6 本章小结
• 第五章 激光三维成像雷达性能分析
• 5.1 信噪比
• 5.2 横向可分辨性
• 5.3 探测距离
• 5.4 湍流
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间科研与发表论文情况