[发明专利]一种基于相干激光雷达的静态隐身目标揭示方法

说明书

本发明公开了一种基于对相干激光雷达对静态目标区域进行照射，通过对激光回波中的相位信息进行统计分析，利用统计分析结果进行隐身目标揭示的方法，其技术方案包括提取地面扩展目标等静态目标的相位特征，以及基于相位统计分析来揭示隐身目标。本发明中的目标相位特征提取包括两种方式，其一是使用变发散角探测模式下的单元探测器鉴相，其二是利用相干全息成像获得相位信息。本发明利用隐身涂料和伪装材料与自然目标在粗糙度等方面的差异，通过相位统计方差来判定是伪装目标还是自然背景，实现对地面伪装和隐身目标的揭示发现。

技术领域

本发明属于激光目标探测技术领域，特别涉及一种基于相干激光雷达的静态隐身目标揭示方法。

背景技术

近年来，随着隐身技术的发展，特别是加装有伪装涂层的各类坦克、装甲等地面目标，使得传统的检测手段很难有效检测除目标信息。尤其在地面复杂背景下，如何有效提高复杂背景下的隐身目标检测能力，减小隐身目标威胁是一个具有重要科学意义和军事应用价值的问题。目标隐身的原理主要有两种，一是以隐身飞机的隐身原理为代表，即降低目标表面的电磁散射使得探测系统接收到的目标回波能量减弱，使目标回波淹没在背景噪声之中；二是降低目标与周围环境的辐射特征差异。进行隐身目标检测需要解决上述两个问题，即需要在低信噪比条件下进行目标信号的检测，同时需要将目标与背景进行区分。所述的静态目标一般以地面静止目标为主，当单脉冲进行目标探测时相脉冲时间内探测系统与目标之间相对静止也可以视作为静态目标。

从目前的地面隐身目标识别技术来看，主要有可见光、红外、窄带多光谱、偏振光检测等。利用可见光成像检测目标时，其图像清晰能够提供所在场景的细节信息，但是由于被多种伪装技术直接针对，可见光检测采用隐身技术的目标直接识别能力较差，难以突出背景与目标的差异。利用红外图像通过检测目标与背景温度和反射率差异，对不同温度目标识别能力较强，但是红外成像器件造价较高，空间分辨率较低。多光谱探测在可见光和近红外波段对入射光进行窄带单色滤波，形成多组单色图像。通过对景物的光谱特征进行区分判别实现目标检测，这是目前研究最为集中的隐身目标侦察方式如图1所示，但其依赖于外界光源对目标的照射（一般为太阳光）。随着伪装技术和隐身材料的发展，伪装材料和涂层的光谱特征与地物背景的相似度越来越高，当隐身目标与背景近似“同色同谱”时就无法从地面复杂背景下有效地检测出隐身目标，并且多光谱检测隐身目标数据处理量大，无法做到实时输出结果。偏振光成像技术测量的是在某个偏振方向上目标与背景的偏振信息，而不同的物体具有不同的偏振信息，因此采用偏振光可以检测出隐身目标，但其检测准确度受目标与背景的表面粗糙度、探测波段、探测角度和天气等因素影响较大。

采用高光谱相机进行地物目标识别时，使用白光为激光雷达光源照射目标区域，并对目标区域回波进行窄带单色滤波，形成多组单色图像。对于同一空间位置目标，以波长为横轴，回波强度为纵轴可以绘制其光谱特征曲线。通过区分不同地物的光谱特征曲线，可以实现对地物目标的区分鉴别，这是目前研究较多的隐身目标检测方法。

相干激光雷达回波中携带了丰富的目标特征，这些信息调制在回波的强度、波形、光谱、偏振、相位等信息中。已有的文献和研究中隐身目标的揭示方法集中于利用强度、光谱、偏振等信息，目前还没有利用相位信息进行隐身揭示的方法。事实上对于地面通过伪装材料或伪装涂料进行伪装的目标与自然环境的相似度在于光谱反射率相似、偏振特性相似等，但其表面粗糙度等引起回波相位的调制的特征仍然差别较大。

发明内容

本申请所述的相干激光雷达静态隐身目标揭示方法，是利用激光回波中包含的相位信息反映目标表面的粗糙程度等细微特征，用来区分隐身目标与自然目标。总体思路为首先进行静态扩展目标的相位特征提取，可以通过单元探测器相位检测或全息成像的方式获取相位信息。利用相位信息进行目标揭示，主要通过两种途径实现：一是对回波相位进行统计分析，利用目标和背景之间相位统计分析结果的差异进行目标鉴别；二是直接对全息图像进行图像处理分析，利用全息图像的差别进行目标鉴别。由于相干探测本身对微弱信号的探测优势，以及回波相位对目标表面粗糙度等细微特征的敏感性，该方法可以有效提高激光雷达对隐身目标的揭示能力。