[发明专利]一种基于分布式激光雷达提取振动特征参数的系统及方法

摘要

本发明提供一种基于分布式激光雷达提取振动特征参数的系统，该系统是一种一发多收式的多站分布式探测系统，其包括：一台主发射激光雷达和若干台接收激光雷达；所述若干接收激光雷达与所述主发射激光雷达共面，且所述主发射激光雷达位于该平面的中心。

主权项

1.一种基于分布式激光雷达提取振动特征参数的系统的方法，其特征在于，该系统是一种一发多收式的多站分布式探测系统，其包括：一台主发射激光雷达和若干台接收激光雷达；该方法具体包括：步骤1基于上述一发多收的多站式分布探测系统，建立一个以所述主发射激光雷达为原点的三维参考坐标系Q(X,Y,Z)；步骤2建立并在理论上推导出基于上述三维参考坐标系Q(X,Y,Z)下的不同方向上的不同所述接收激光雷达的微动效应数学模型，即所述接收激光雷达Qi接收到的微多普勒频率fmdi，用如下公式表示：其中，f₀为所述主发射激光雷达的载频，R₀是动目标的振动中心O(U₀,V₀,W₀)与所述主发射激光雷达Q₀的初始距离，α_i是第i个接收激光雷达Q_i在三维坐标系中的方向角，R_i是动目标的中心O(U₀,V₀,W₀)与所述接收激光雷达Q_i的距离，α_p是动目标在三维坐标系中的方向角，β_p是动目标在三维坐标系中的俯仰角，f_v是动目标的振动频率，D_v是动目标的振动幅度，c是光速，t是动目标的运动时间,是动目标的初始相位；步骤3根据步骤2建立的理论上的微动效应模型和公式(1)，确定所述接收激光雷达的个数；步骤4根据建立的基于分布式激光雷达提取振动特征参数的系统，依据理论推导出的第i个接收激光雷达接收到的回波信号Sri(t)，采用时频分析方法，得到回波信号的微多普勒效应的频率随时间变换的规律，针对不同方向上的不同接收激光雷达接收的回波信号，开展基于伪winger‑ville变换的时频变换，通过伪winger‑ville变换，提取微多普勒频率随时间变化的频率曲线的轮廓信息，即每一个时刻对应一个区间范围内的微多普勒效应的频率值；所述第i个接收激光雷达接收到的回波信号Sri(t)，即公式(2)：其中，j是复数信号处理中常见表示系数，λ_c是光速的波长，是t时刻动目标的振动中心O到所述主发射激光雷达Q₀的矢量，是t时刻动目标的振动中心O到所述第i个接收激光雷达Q_i的矢量；步骤5采用谱图峰值估计法，对经过伪winger‑ville变换后的微多普勒频率进行谱图峰值估计，获得每一个时刻所对应的微多普勒效应的瞬时频率，进而获得在一个时间范围内的针对不同方向上的不同所述接收激光雷达接收的回波信号中的微多普勒效应信息；步骤6对步骤5中得到的所述微多普勒效应的瞬时频率进行采样，并对采样后的数据进行拟合，从而得到动目标的振动频率f_v，动目标的初始相位对应于每一个所述接收激光雷达捕获到的微多普勒频率正弦系数值，并假设将其表示为A_i，A_i表示为：步骤7依据步骤6中的公式(3)和每个所述接收激光雷达接收的每组回波信号进行关联处理，构建回波信号的非线性方程组，解算出动目标的三个振动特征参数，即动目标的振动幅度Dv，动目标在三维坐标系中的方向角αp，动目标在三维坐标系中的俯仰角βp。