激光脉冲 成像

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1、第59卷第10期2010年10月物理学报Vol.59，No.10，October20101000-3290/2010/59(10)/6988-06ACTAPHYSICASINICA2010Chin.Phys.Soc.*目标激光脉冲一维距离成像研究李艳辉吴振森宫彦军张耿王明军(西安电子科技大学理学院，西安710071)(2009年10月18日收到;2010年5月11日收到修改稿)根据激光雷达方程及粗糙面脉冲波束散射理论，提出了目标激光脉冲后向散射回波功率即激光一维距离像的计算表达式，并获得斜板、球和圆锥一维距离

2、像的具体形式.数值计算结果与粗糙平板和圆锥激光脉冲回波强度实验数据比较，两者符合良好.数据分析表明，激光一维距离像曲线能够较好反映目标的纵向几何外形信息.我们着重讨论了入射激光脉冲宽度与目标径向尺寸对距离像的影响.上述研究可为激光波段的目标特征提取和识别提供理论依据.关键词:光散射，一维距离像，雷达方程，目标识别PACC:4225F，4230，4260K，4290离像更能精确识别目标.但是，与微波波段一维距1.引言离像不同，激光一维距离成像具有其自身特点，在激光波段下，几乎所有研究的目标均为具有粗糙表1961年世

3、界上第一台红宝石激光器出现不久，面的介质物体，单纯用散射中心不足以表征其散射以测距为主要功能的激光雷达便诞生了，此后还开特性.鉴于以上困难，目标激光一维距离像实验测展了激光二维强度像工作.激光测距是雷达对目标量和理论仿真还处于探索阶段.在激光一维距离成发射出一个或一列很窄的光脉冲，测量光脉冲始末像理论仿真方面，美国麻省理工Lincoln实验室的［2］时间，由此计算出目标的距离，但并不反映目标的Shirley和Hallerman通过目标激光雷达散射截面形状和类型.激光强度像一般反映的是目标上各个定义了目标激光距离的

4、分辨散射截面，讨论了在完部分的后向反射率，然而距离像所反映的是目标的全非相干情况下Lambert圆锥、圆盘和圆柱目标的［3］深度，与强度像相比，更能反映目标的特征，因此在激光一维距离像.Keith利用物理光学和合成孔径军事中具有更多的应用.目标一维距离成像最早是雷达方法给出了圆球、圆锥以及波音飞机的一维距［1］［4］在雷达微波波段开展研究工作.当雷达发射并接离像.Richards和Trott用物理光学的方法研究了［5，6］收窄脉冲或宽带信号，其纵向距离分辨率远小于目距离像特征，Kim等用散射中心的方法辨认雷［7］

5、标尺寸时，目标可以模型化为各自独立的散射中心达目标，Murray等还通过距离像来得到雷达三维［8］［9］［10—15］的集合，这些散射中心在雷达径向距离上的分布情成像，Hoskins、王明军、宫彦军等还研究［1］况便称为一维距离像.它能反映出目标沿雷达径了距离Doppler成像.向的精密结构分布.目标激光一维距离像是随着激上述激光一维距离成像的研究工作只是针对光和光电探测技术发展起来的一种新型目标检测特定目标，且没有统一的表达式.我们课题组的陈［16］和识别手段.与电磁波段相比，具有以下突出的优辉曾推导出目标激光

6、一维距离像的一般表达式，点:(1)成像无需扫描机构，可靠性大大提高.(2)窄但公式中有些笔误.由于文献［16］中公式量纲和系脉冲激光器可发出高能量脉冲，图像稳定，抗干扰数的差异，以及脉冲宽度的取值偏大，计算球的一能力强.(3)激光波长短，空间分辨率高，提供目标维距离像不能精确反应球的特征.本文依据激光雷的精确信息.尤其是在外层空间，应用激光一维距达方程理论和窄脉冲Gauss波束理论，重新获得激*国家自然科学基金(批准号:60771038，60801047)和中国科学院瞬态光学与光子技术国家重点实验室开放课题(批准

7、号:SKLST200906)资助的课题.E-mail:yhlee@mail.xidian.edu.cn10期李艳辉等:目标激光脉冲一维距离成像研究6989光一维距离像表达式.通过分析目标各自特征，给表明散射光功率在空间上的分布由目标的几何形出了斜板、球和圆锥一维距离像的具体形式.通过状、尺寸大小及表面材料决定，被散射的光功率经数值模拟，表明不同目标的激光一维距离像形状的过大气衰减后一部分通过光学接收天线被探测系差异可以反映各自目标的特征，即目标的纵向长度统所接收.由于目标各点距发射机的径向距离各和目标侧面形状.

8、本文建立的激光脉冲一维距离成异，这样，对于脉冲宽度(半宽度)为T0具有任意形像方法，数值分析了目标形状、尺寸和入射脉冲宽状的入射脉冲，激光雷达方程(3)式写成2度对目标激光一维距离像的影响，为空间目标激光R1+Δ/2PTηπwiAt0P(t)=s∫∫C′222散射成像、为运动特征识提取提供技术基础.R1－Δ/24πR0R02g0(r′⊥，R)0×exp－σ(r′，R)2