[发明专利]一种等效高斯光束远场辐射分布参数的求解方法

说明书

技术领域

本发明属于光束控制领域，具体的涉及基于目标回波信号的光束瞄准系统中一种等效高斯光束远场辐射分布参数的求解方法，解决了基于回波信号的瞄准系统中对不同尺寸目标的光束瞄准问题，大大提高了光束瞄准误差估计精度。

背景技术

激光瞄准系统在有源跟踪、目标照明及自由空间通信等诸多领域起着关键作用。但是当光束传输穿过大气时，由于机械振动、大气湍流和跟踪器的局限性以及光学未对准引起的随机误差和偏差，会导致瞄准离轴和到达目标信号的损失。在大多数激光控制系统中，常出现两种瞄准误差，即对准视轴偏差(瞄准的静态偏差，可校准)和光束抖动(暂时性的随机误差)，如图1所示，要实现光束瞄准，首先即要估计出光束瞄准视轴偏差(即静态偏差)。

上世纪九十年代初，由Lukesh等人提出一种新的估计技术：根据目标反射回来的信号强度的统计值估计抖动和视轴误差。该技术只针对光束尺寸大于目标尺寸的情况而开发的，它需要知道光束的轮廓和目标的形状/反射比，如图2所示。

基于目标回波信号统计的瞄准方法为：直接用激光束(高斯脉冲)照射目标，由于光束抖动的存在，导致光斑在目标平面内以一定的分布形式(二维高斯分布)随机漂移，则其回波信号的强度也随着目标相对光束中心的角位置变化而不断变化，通过对目标回波信号(光脉冲信号)进行统计分析，能够实时估计出目标相对于光斑统计中心的视轴偏差，并实时调整使激光束中心对准目标。最初该技术是直接对运动目标进行试验，通过分析返回的信号，逐步建立起了统计模型，并从理论上进行了大量的探索，取得了一些突破，现已能够较准确地估计出目标相对光束的统计中心的视轴偏差大小。

但是由于该技术的回波信号估计模型是以点目标为基础建立的，而在实际应用中，都是扩展目标，因此必须考虑目标反射截面的大小对回波信号的影响。仿真和实验都表明，同一束光在瞄准不同反射截面的目标时，其回波信号的分布有很大的不同，如果此时依然以最初的点目标建模计算，其计算结果会出现较大的误差。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种等效高斯光束远场辐射分布参数求解方法，消除了由于目标反射截面的不同导致的回波信号分布的变化，提高了光束瞄准误差估计精度。

本发明采用的技术方案为：基于目标回波信号的光束瞄准系统中一种等效高斯光束远场辐射分布参数的求解方法，步骤如下：

第一步，已知基于回波信号的瞄准系统中目标平面内高斯光束远场辐射分布参数Ω、光束半高宽FWHM，目标尺寸a和目标反射率ρ；

第二步，根据实际基于回波信号的光束瞄准系统，结合已知目标平面内高斯光束远场辐射分布参数、目标尺寸和目标反射率，建立回波信号仿真模型，则第n个回波信号Q_e[n]为：

Q_e[n]＝∫∫R(x，y)ρ(x[n]，y[n]，x，y)dxdy                    (1)

错误！未找到引用源。

R(x，y)表示高斯光束远场辐射分布，ρ(x[n]，y[n]，x，y)表示扩展目标反射率分布，x[n]、y[n]表示目标相对光斑能量中心的角位置坐标；

第三步，在上述仿真模型中，控制光束沿光束中心线一维扫描目标，并实时记录一维扫描坐标：

X→=(x[1],x[2],,,x[n],,,x[N])---(2)]]>

和归一化后的回波信号序列