激光雷達(dá)截面測量中大氣后向散射補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、激光雷達(dá)主要工作在戶外甚至是戰(zhàn)場環(huán)境，既要面對復(fù)雜的天氣情況和障礙物的干擾，又要應(yīng)對復(fù)雜工作環(huán)境的突發(fā)變化。尤其在激光雷達(dá)散射截面的測量中，探測目標(biāo)對激光信號的后向散射回波信號本身就相當(dāng)微弱，且要受到接收系統(tǒng)自身的系統(tǒng)噪聲以及激光在大氣中傳輸產(chǎn)生的雜散光等背景噪聲的影響，回波信號極其難以探測甚至可能出現(xiàn)被噪聲淹沒的情況。激光在大氣中傳輸，產(chǎn)生的大氣后向散射光是可以預(yù)見的能直接影響激光雷達(dá)探測性能的主要噪聲之一。通過研究激光的大氣后向散射

2、問題可以探索消除大氣后向散射影響的新方法，從而降低總體噪聲，改善信噪比，提高激光雷達(dá)散射截面測量的可行性和準(zhǔn)確性。這對促進(jìn)激光雷達(dá)散射截面測量中微弱信號探測技術(shù)的完善和提高有較為重要的意義。
　　基于激光雷達(dá)散射截面的基本理論和測量的基本過程，本文從大氣介質(zhì)的空間組成出發(fā)，分析了激光在大氣中傳輸時(shí)產(chǎn)生大氣后向散射的原因，給出了激光大氣后向散射的定義，并對大氣后向散射對激光雷達(dá)散射截面測量過程中的影響做了詳盡的分析和討論。進(jìn)而，建立

3、了激光大氣后向散射理論模型，并對該模型進(jìn)行了計(jì)算和分析，給出了不同的距離范圍內(nèi)產(chǎn)生的大氣后向散射相對總大氣后向散射所占的比重，為消除大氣后向散射的研究提供了理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐。然后，提出了基于空間濾波的消除大氣后向散射影響的新方案，并應(yīng)用新實(shí)驗(yàn)方案在霧霾天氣和晴朗天氣兩種天氣條件下進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析討論。最后，將理論模型和實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了對比分析結(jié)果顯示，能夠進(jìn)入探測系統(tǒng)的大氣后向散射主要集中在一定的距離范圍內(nèi)。將二者相

4、結(jié)合，對一個(gè)實(shí)際測量的外場實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了工程應(yīng)用的分析發(fā)現(xiàn)，可以通過調(diào)節(jié)發(fā)射和接收系統(tǒng)的距離間隔來控制絕大部分的大氣后向散射進(jìn)入探測系統(tǒng)，而剩余的仍然能產(chǎn)生影響的大氣后向散射完全可以用本文提出的空間濾波的方法進(jìn)行控制。
　　本文的研究思路是先根據(jù)大氣后向散射理論建立理論模型，再對外場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來完善和優(yōu)化理論模型，并提出了基于空間濾波的消除大氣后向散射的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了對大氣后向散射影響的消除，大大提高激光雷達(dá)散射截面測量的可行