可编程激光成像雷达信号模拟器的研制

摘要

与传统雷达相比，激光成像雷达以其分辨率高、测量精度高、抗干扰能力强、机动性好等诸多优点，日渐成为各国军事界普遍关注的焦点。而其中最突出的优点是它能够直接提取目标的三维几何信息和激光回波信号的强度信息，同时成强度像和距离像，利用强度信息和距离信息构成目标完整的三维信息。这一优点使之在目标辨识和定位上拥有比被动红外等成像方式更多的信息，从而明显的优于后者。而传统的雷达信号模拟器无论在设计或者应用上，都已经比较完善，相对而言，激光成像雷达在这一方面却才初步发展起来，特别是国内，还没有相关的报道。
　　激光雷达信号模拟器对于整个雷达系统来说，其重要作用集中在两个方面。第一，硬件的检测，激光雷达信号模拟器不仅仅是能对雷达的探测能力进行有效的检测，对于整个雷达在回波接收以后的所有硬件都能起到检验的效果，比如中频放大系统，数字处理系统等；第二，目标识别与图像处理，有了信号模拟器，我们可以很方便地对图像处理和目标识别的各种算法进行仿真研究，评价各种算法的效果和效率，即执行时间，综合评价算法的优劣，找到适合于需要的用途的激光成像雷达的图像处理算法。
　　本文首先分析了脉冲成像激光雷达的信号特点，以及各种模拟方法的优缺点，提出了采用数字信号模拟方案来实现相干激光成像雷达信号模拟器的研制。总体方案分为数字部分和模拟部分。数字部分首先采用3DMAX和OpenGL图像编辑绘制软件建立仿真所需的目标场景库，然后根据扫描式脉冲激光成像原理建立雷达工作的仿真模块，同时根据MIT的统计噪声模型对前面的目标场景依据所要求的信噪比实时加噪，生成实时目标的强度像和距离像，并将其形成数字信号传给模拟部分。模拟部分主要是生成一个可控中频频率和脉宽可调的中频脉冲信号，该信号源具备三个可控部分：脉冲实时发射可控，脉冲强度可控以及信号信噪比可控。通过各个模块之间的协调工作，完成模拟回波信号的最后发出。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源和研究的目的意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本论文主要工作

第2章 激光雷达信号特点

2.1 激光雷达方程

2.2 相干激光成像雷达系统

2.3 相干激光雷达信号特点

2.3.1 散斑噪声

2.3.2 散粒噪声

2.4 激光雷达图像加噪原理

2.4.1 单像素统计

2.4.2 中频信号模型

2.4.3 距离像噪声机制及模型

2.4.4 模拟回波

2.5 本章小结

第3章 信号模拟器原理及设计方案

3.1 雷达信号模拟技术概述

3.1.1 雷达信号模拟的目的和意义

3.1.2 雷达信号模拟的基本要求

3.2 雷达信号模拟的实现方法

3.3 相干脉冲激光成像雷达回波信号模拟方案

3.4 本章小结

第4章 模拟器数字部分的研制

4.1 目标仿真库的建立

4.2 3DS MAX与OpenGL

4.2.1 3DS文件结构

4.2.2 OpenGL介绍

4.3 目标距离像与强度像生成过程

4.4 控制信号编程

4.4.1 PCI-9112

4.4.2 控制信号模块

4.4.3 控制界面

4.5 本章小结

第5章 模拟器模拟部分的研制

5.1 模拟部分总体介绍

5.2 中频连续信号生成模块

5.3 增益控制模块

5.4 回波生成模块

5.5 实验验证

5.6 本章小结

结论

参考文献

附录

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