[发明专利]一种基于遗传算法的激光雷达成像质量探测方法及系统

说明书

一种基于遗传算法的激光雷达成像质量探测方法及系统，属于激光雷达探测技术领域，本发明为解决自适应光学波前矫正技术应用于长距离激光雷达成像技术中存在的问题。本发明方法为：通过遗传算法迭代演化出全局最优相位调制矩阵，将所述全局最优相位调制矩阵前馈加载至发射端的空间光调制器，对激光器输出光束进行相位调制后再发射；遗传算法以相位调制矩阵作为繁衍对象；遗传算法以能量利用率作为成本函数，遗传算法的成本函数为：通过“选择”、“交叉”、“变异”迭代演化相位屏，反馈到发射端的空间光调制器，从而抵消大气湍流的影响，提高光子计数激光雷达成像质量。

技术领域

本发明涉及一种提高雷达成像质量的方法，属于激光雷达探测技术领域。

背景技术

伴随激光雷达探测技术的发展，探测灵敏度越来越高，目前单光子探测技术可以达到单光子响应灵敏度，极大的提高了激光雷达的成像探测距离。但将光子计数激光应用于远距离成像探测时存在诸多问题，激光信号经过长距离的大气传输除了能量的衰减以外，还会受到大气湍流等因素而出现光束漂移、光斑闪烁、图像畸变等不良影响，这些影响主要是光束传输过程中引入了大气随机的相位，这种影响会随距离的累积而加重，严重影响了光子计数激光成像雷达远距离成像探测质量。

目前现有技术解决这一问题的方法是自适应光学波前矫正技术，通过回波波前的探测，从而施加反向的相位调制，这种方法技术难度大、成本高，所需检测设备体积大，需要额外的器件进行波前探测，一方面造成能量损失不适用于光子计数激光成像雷达远距离成像探测；另一方面光子计数激光成像雷达回波信号微弱，光子级信号无法进行有效的波前探测，进而导致这种自适应光学波前矫正技术无法达到预期效果。

发明内容

本发明目的是为了解决自适应光学波前矫正技术应用于长距离激光雷达成像技术中存在的问题，提供了一种基于遗传算法的激光雷达成像质量探测方法及系统。

本发明所述一种基于遗传算法的激光雷达成像质量探测方法，该方法为：通过遗传算法迭代演化出全局最优相位调制矩阵，将所述全局最优相位调制矩阵前馈加载至发射端的空间光调制器，对激光器输出光束进行相位调制后再发射；

遗传算法以相位调制矩阵作为繁衍对象；

遗传算法以能量利用率作为成本函数，遗传算法的成本函数为：

式中，η为能量利用率，I_m为从接收端的阵列探测器提取的目标轮廓内信号强度，{I₀}为接收光学系统的阵列探测器接收信号的平均强度。

优选地，遗传算法的初始相位调制矩阵为均匀伪随机分布中相位值创建的矩阵。

优选地，遗传算法的初始相位调制矩阵为大气湍流相位逆矩阵，所述大气湍流相位逆矩阵的获取过程为：观察一段时间大气湍流获取大气湍流相位矩阵，进而获取其逆矩阵。

优选地，遗传算法迭代演化的终止条件为：

当大气湍流结构常数为弱湍流状态下，满足突变百分比R＜0.02时终止迭代输出全局最优相位调制矩阵；

当大气湍流结构常数为中等湍流状态下，满足突变百分比R＜0.05时终止迭代输出全局最优相位调制矩阵；

当大气湍流结构常数为强湍流状态下，满足突变百分比R＜0.1时终止迭代输出全局最优相位调制矩阵；

突变百分比R按

R＝(R₀-R_end)·exp(-n/λ)+R_end

获取；

式中：R₀为初始突变率，R_end为最终突变率，n为繁殖代数，λ为衰减因子。