[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

说明书

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。

技术领域

本发明属于雷达探测领域，特别是涉及一种Gm-APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法。

背景技术

基于Gm-APD激光主动探测技术至今已发展了二十多年，理论研究及工程应用日渐成熟，由于Gm-APD具有单光子级别的探测能力，Gm-APD的探测概率不仅与回波的信噪比有关，还与信号(或噪声)的绝对强度有关，因此白昼探测受到很大限制。为在白昼条件下尽可能实现高效目标探测，研究学者提出通过改变接收系统的接收口径的方式提高回波触发概率。对于传统线性探测系统，口径越大，探测效果越好，而对于Gm-APD，口径大小需要综合考虑信噪比及背景强度来选择。自2003年MIT的Fouche提出改变口径实现最优探测的建议以来，虽然在实验中发现改变光学口径可实现探测概率提高，但这些都是靠手动调节及人眼观察，不仅耗时而且不一定达到最优回波探测效果。随着激光雷达及人工智能技术的普及，这种自适应改变光学口径的方案终将由机器自主完成，因此自适应光学口径调节方案的需求是紧迫及必须的，不仅可克服手动调节速度慢及效果达不到最优的问题，而且有助于激光雷达设备与相关领域人工智能发展契合地更好。然而很少有人研究自适应光学口径策略以实现最优探测，就现有的研究成果，没有一种方案能够实现目标回波最优探测。本发明以回波探测概率最优为目的进行自适应接收口径调节，实现对目标在白昼有效探测。

发明内容

本发明的目的是实现一种Gm-APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法，能够解决现有的光学口径靠手动调节及人眼观察的问题，能够以回波探测概率最优为目的进行自适应接收口径调节，实现对目标在白昼有效探测。

本发明通过以下技术方案实现：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，所述自适应光学口径调控方法包括以下步骤：

步骤一：对实际光学接收系统测量，获得光阑电机步进次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，

其中，光阑半径变化量随光阑电机步进次数的关系可用公式(3)表示，

Δr＝f_stop(r₁,k) (3)

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，

有效接收口径半径与光阑半径的关系用公式(4)表示，

R＝f_AP(r) (4)

其中，R为有效接收口径半径，r为光阑半径；

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)进行光阑半径及光阑电机步进次数计算，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；