[发明专利]一种Gm-APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法

摘要

本发明公开了一种Gm‑APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法，属于雷达探测领域。采用二分法对有效接收口径粗调，实现了对目标有无的判断；基于Poisson触发概率模型获取最大目标触发概率，并以目标最大触发概率对应的激光雷达系统接收口径为最优接收口径；根据实际接收系统中孔径光阑与有效接收口径的关系函数、光阑电机步进次数与口径光阑半径的关系函数，实现最优孔径光阑半径及电机步进次数计算，上位机控制电机步进次数实现最优接收口径自适应调节，无需人为参与，可实现白昼高噪声背景条件下的目标探测概率最大化。

主权项

1.一种Gm-APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法，其特征在于，所述自适应光学口径调控方法包括以下步骤：/n步骤一：对实际光学接收系统测量，获得光阑电机步进数与光阑半径的函数关系、光阑半径与有效接收口径的函数关系，/n其中，光阑半径变化量随电机步进次数的关系可用公式(3)表示：/nΔr＝f_stop(r₁,k) (3)/n式中，Δr为光阑半径变化量，Δr＝r₂-r₁，r₁为未变化前的光阑半径，r₂为变化后的光阑半径，k为光阑电机步进次数，电机正转，k为正，电机反转，k为负，/n有效接收口径半径与光阑半径的关系用公式(4)表示，/nR＝f_AP(r) (4)/n其中，R为有效接收口径半径，r为光阑半径；/n步骤二：采用二分法对有效接收面积进行调节，根据有效口径面积A_r＝πR²及公式(3)与公式(4)进行光阑半径及电机步进次数计算，上位机控制光阑电机步进实现调节，每进行一次二分法调节，检测是否有目标，若存在目标，停止二分法检测，记住当前光阑半径r₁及光学系统有效接收口径面积A_r1；否则，说明视场中无目标，无需进行探测；/n步骤三：在有效接收口径面积为A_r1状态下进行回波直方图统计，获得统计频数曲线f_echo，引入了Gm-APD激光雷达对目标探测服从Poisson触发概率模型，选通门内Gm-APD各时间间隔的触发概率见公式(1)所示，/n /n式中，τ_bin为Gm-APD的计时精度，(l+1)τ_bin＝t_g为回波在选通门的前沿位置，s_i为第i个τ_bin回波光子率函数，r为回波的脉冲宽度所占τ_bin的个数，n为背景噪声光子率函数，为时间稳态型；/n同时引入回波光子数的率函数，见公式(2)表示，/n /n式中，S为激光回波总光子数，脉冲宽度τ，/n基于公式(1)与公式(2)进行回波拟合，获得回波位置t_g、脉宽τ、背景噪声率函数n、回波光子数S₁及信噪比SNR；/n步骤四：根据公式(1)与(2)，将回波光子数设定为变量，计算当前信噪比情况下的最高触发概率及对应的回波光子数S₂；/n步骤五：根据公式(5)计算最优探测概率对应的光学系统有效接收口径的半径R₂；/n /n其中，R1代表初始光学口径；/n步骤六：根据公式(4)计算最优探测概率对应光阑半径r₂，基于此根据公式(3)计算电机步进次数，上位机控制光阑电机步进，实现有效接收口径自适应调节。/n