[发明专利]一种用于遮蔽目标的光电成像探测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于遮蔽目标的光电成像探测系统及方法，属于光电成像目标探测技术领域。

背景技术

随着光电成像技术的发展，激光雷达因低空探测性能优越、分辨率高、隐蔽性好、体积小、重量轻等优点得到了越来越广泛的应用。在军事侦察领域中，利用激光雷达对天然植被(比如：叶簇)遮蔽下的目标进行成像探测的方法也逐渐受到关注。目前，针对遮蔽目标的光电成像方法多采用激光全波形雷达，利用激光回波数据建立回波模型，结合多种空间滤波算法提取目标回波分量，进而寻找目标区域。这种方法能够将不同种类的目标区分出来，但存在抗干扰能力差、成像速度慢等缺点，难以对遮蔽目标进行快速、高分辨探测。另一方面，相对于传统的回波探测方法，选通成像法根据不同距离下目标的激光脉冲飞行时间，选择不同的曝光时刻，具有以下优点：(1)分辨率高。通过设定适当的选通延时时间，逐次接收不同距离的目标回波脉冲，实现高分辨成像；(2)抗干扰能力强。利用选通技术可以将目标回波与大气因素引起的散射回波分离开，降低环境干扰对成像质量的影响。

从以上可以看出，激光全波形雷达与选通成像各有优势与弊端，因此，提出一种高速全波形激光雷达与高分辨选通成像相结合的遮蔽目标探测方法。全波形激光雷达能够对目标与遮蔽物做快速大视场扫描，获取全波形信息，以此获得目标的纵深距离和运动状态，为选通成像提供初始信息，从而大幅缩短盲选通时间。高速全波形激光雷达与高分辨选通成像相结合的方法，能很好地满足遮蔽目标探测所需的快速、高分辨、抗干扰性能好的成像要求。

发明内容

本发明公开的一种用于遮蔽目标的光电成像探测系统及方法，目的是实现对遮蔽目标的快速、高分辨探测，并减少环境因素的干扰，提高成像精度和系统信噪比。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种用于遮蔽目标的光电成像探测系统，包括全波形激光雷达系统、选通成像系统、主控电路、光源驱动、激光光源、第一分光镜和第二分光镜。所述的全波形激光雷达系统包括含扫描机构的收发一体化光机、面阵APD、高速并行采集电路和回波处理电路。所述的选通成像系统包括PIN光电二极管、选通型像增强器和光学系统；其中所述的选通型像增强器包括选通电源、微通道板MCP和成像器，所述的光学系统包括发射系统和接收系统。所述的主控电路包括扫描模块、全波形接收模块、凝视模块、选通成像接收模块和控制台。

所述的全波形激光雷达系统用于对探测视场快速扫描，获得全波形回波信号。全波形激光雷达系统由主控电路的扫描模块控制光源驱动，驱动激光光源发射脉冲，激光光束经第一分光镜透射后，通过收发一体化光机对探测视场进行大范围扫描，由面阵APD接收纵深方向上所有目标反射和散射的回波，高速并行采集电路获取全波形信息，经回波处理电路预处理后由全波形接收模块接收全波形回波信号。通过对全波形回波信号进行高速采样和波形分解，获得发射脉冲与目标回波的时间间隔t，从而估计遮蔽目标的纵深距离R；通过快速获取两次全波形信息，判断目标运动状态，从而为选通成像系统提供距离与运动状态的初始信息。

所述的对探测视场进行大范围扫描的视场角为±5°。所述的纵深距离R计算公式为：

公式(1)中，c为光速，t为发射脉冲与目标回波的时间间隔。

所述的选通成像系统用于选通接收回波脉冲，获得精确的目标距离信息。选通成像系统根据全波形激光雷达系统估计的目标位置，由主控电路中的控制台调整光学系统对准目标；主控电路中的凝视模块控制光源驱动，驱动激光光源发射脉冲，激光光束经第一分光镜反射后，到达第二分光镜并分为两路：反射光束经发射系统后照射目标区域，被目标反射和散射的回波脉冲经接收系统到达选通型像增强器；透射光束传播至PIN光电二极管，经预定的延迟时间t'后接通选通电源，使回波脉冲进入选通型像增强器进行选通成像，之后由选通成像接收模块接收选通图像，通过对选通图像进行分析计算得到精确的目标距离z。采用基于激光图像局部统计信息的图像融合算法得到目标的三维图像，实现对遮蔽目标的快速、高分辨探测。

所述的预定的延迟时间t'应小于发射脉冲与目标回波的时间间隔t，以保证目标回波完全进入选通型像增强器。所述的选通成像是指对静止目标采用步进式选通，对运动目标采用调制式选通。

步进式选通是指利用选通技术依次接收不同距离下目标的回波信号，获得一系列辐照度不同的选通图像，根据选通图像的辐照量计算出目标的质心量Z，表达式为：