CN115902920B - 空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和***，属于激光雷达探测技术领域，包括：获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；对瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；提取单光子三维距离图像中的距离极值点，并将距离极值点作为疑似空中运动目标位置；对疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取疑似空中运动目标的中频信号；获取疑似空中运动目标的运动特征信息；对疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。本发明能够在兼顾大视场主动探测、高效目标搜索和小视场精密测量精度下，实现低虚警率的精确激光三维成像。

Description

空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和***

技术领域

本发明属于激光雷达探测技术领域，尤其涉及一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法和***。

背景技术

激光探测技术具备高精度获取目标三维以上信息的能力，已成为国防安全和遥感探测重点发展的新手段。当激光探测***和目标处于相对静态时，其高精度能力得以充分体现，但二者存在相对运动时，特别是对隐身飞机等低可探测性空中目标，由于采用了电子对抗、隐身技术等主被动对抗技术，传统的红外、雷达等探测手段准确获取目标多维信息的能力减弱，尤其进行远程探测时，还面临背景噪声大、传输路径复杂等因素，导致测量精度、虚警率和信息获取维度等难以达到理想效果。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法，该相干与非相干激光协同探测方法能够在兼顾大视场主动探测、高效目标搜索和小视场精密测量精度下，实现低虚警率的精确激光三维成像。

本发明的目的之二，在于提供一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测***。

为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：

一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法，所述相干与非相干激光协同探测方法包括以下步骤：

步骤S1、对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；

步骤S2、对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；

步骤S3、提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；

步骤S4、对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；

步骤S5、根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；

步骤S6、根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。

进一步的，在所述步骤S1中，所述获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像的具体过程包括：

步骤S11、确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；

步骤S12、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；

步骤S13、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；

步骤S14、对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；

步骤S15、根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测方向上的第一距离值；

步骤S16、对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。

进一步的，在所述步骤S13中，所述波形降噪的具体实现过程包括：

步骤S131、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；

步骤S132、从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；

所述高频低振幅对应的子波形分量为所有子波形分量中前2~3个子波形分量；

步骤S133、计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；

步骤S134、剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。

进一步的，在所述步骤S5中，所述运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值；所述获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息的具体过程包括：

对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测方向上的第二距离值；

对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；

获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。

进一步的，所述步骤S6的具体实现过程包括：

步骤S61、判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则进入步骤S62；如否，则结束；

步骤S62、对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断；

步骤S63、根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。

为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：

一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测***，所述相干与非相干激光协同探测***包括：

第一探测模块，用于对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；

图像拼接模块，用于对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；

提取模块，用于提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；

第二探测模块，用于对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；

获取模块，用于根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；

图像修正模块，用于根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。

进一步的，所述第一探测模块包括：

第一计算子模块，用于确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；

计数子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；

波形降噪子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；

恒比定时处理子模块，用于对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；

解距离模糊处理子模块，用于根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测方向上的第一距离值；

自适应降噪子模块，用于对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。

进一步的，所述波形降噪子模块包括：

能量分解单元，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；

第一剔除单元，用于从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；

所述高频低振幅对应的子波形分量为所有子波形分量中前2~3个子波形分量；

计算单元，用于计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；

第二剔除单元，用于剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。

进一步的，所述运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值；所述获取模块包括：

波形分解子模块，用于对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测方向上的第二距离值；

最大离散谱峰估计子模块，用于对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；

获取子模块，用于获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。

进一步的，所述图像修正模块包括：

第一判断子模块，用于判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则将所述中频信号传输给第二判断子模块；如否，则结束；

第二判断子模块，用于对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断；

第二计算子模块，用于根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。

综上，本发明提出的方案具备如下技术效果：

本发明通过窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；并对各个瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；利用单光子三维距离图像中的距离极值点，确定疑似空中运动目标位置；以疑似空中运动目标位置为引导信息，对疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取疑似空中运动目标的中频信号；通过中频信号，获取疑似空中运动目标的运动特征信息，进而实现对疑似空中运动目标确认，并实现单光子三维距离图像的修正，提高了对低可探测性空中运动目标的探测效率、探测可靠性和多维信息获取能力，兼顾了大视场主动探测、高效目标搜索和小视场精密测量能力，且虚警率低，测距精度高，为空中运动目标的精确可靠探测提供了有效方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法流程示意图；

图2为本发明的目标微动特性探测示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例给出了一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法，参考图1，该相干与非相干激光协同探测方法包括以下步骤：

S1、对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。

本实施例通过向空中运动目标可能存在区域串发射窄脉冲多重频激光，实现粗扫描。光子回波通过收发合置光学***接收，并对由单光子面阵探测组件探测的光子回波序列进行时间相关单光子计数，得到光子波形。

本实施例的获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像的具体过程包括：

步骤S11、确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离。

本实施例中的单光子面阵探测的最大非模糊距离为：

R _max=c[T ₁,T ₂,…,T _n ]/2；

其中，R _max为单光子面阵探测的最大非模糊距离；c为光速；T ₁,T ₂,…,T _n 分别为窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的脉冲周期，n为重频数量；[T ₁,T ₂,…,T _n ]为窄脉冲多重频激光的等效周期，取n个脉冲周期的最小公倍数。本实施例中的各个脉冲周期均为互质脉冲周期。

步骤S12、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形。

由于目标光子和噪声光子均可使单光子面阵探测器产生雪崩效应。但噪声光子的时间相关性弱，随机触发雪崩效应，且均匀分布在探测时间区间内。目标回波光子时间相关性很强，在某些时间窗口内具有聚集性，探测到的目标回波信号经过多脉冲累积后会产生与激光出射波形相似的包络形状。在设定的到达时间内的多个脉冲回波光子进行累加，得到光子回波直方图。小于光子阈值的光子回波直方图峰值对应的光子为噪声光子，大于光子阈值的光子回波直方图峰值对应的光子为目标光子，光子回波直方图的包络即为光子波形。

步骤S13、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪。

采用时间相关单光子计数法得到的光子波形中包含较多的随机噪声，且由于目标的复杂运动，其激光回波具有显著的非平稳性，因此在滤波处理时，需兼顾高频和低频特性。波形降噪的具体实现过程包括：

步骤S131、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；

将光子波形进行不同能量分解，得到各个子波形分量，可采用多组本征模函数IMF和趋势分量表示子波形分量。

步骤S132、从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；

本实施例的所有子波形分量中前2~3个子波形分量几乎集中了整个含噪信号的高频低振幅部分（即），是信号中噪声的主要部分，因此可从分解后的信号中剔除这些子波形分量。

由于剔除后的低频子波形分量中包含一定噪声成分，利用阈值法处理各IMF分量（即子波形分量）。通过能量分解过程，确定各个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点。

步骤S133、计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；

步骤S134、剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。

步骤S14、对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延。

对降噪后的光子波形采用恒比定时法，确定多重频脉冲探测的回波时延。

步骤S15、根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测的方向上的第一距离值。

本实施例中，每个重频对应的点云在单光子面阵探测方向上的距离值可通过下列的方程组得到：

R=c(q ₁ T ₁+t ₁)/2=c(q ₂ T ₂+t ₂)/2=…=c(q _i T _i +t _i )/2=…=c(q _n T _n +t _n )/2；

其中，R为每个重频对应的点云在单光子面阵探测方向上的距离值；c为光速；T ₁,T ₂,…,T _n 分别为窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的脉冲周期，n为重频数量；t ₁,t ₂,…,t _n 分别为窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延，0<t _n <T _n ；q ₁,q ₂,…,q _n 分别为各个回波时延对应的脉冲周期数，均为正整数。

当R小于单光子面阵探测的最大非模糊距离R _max时，上式中任意两组重频，均能得到一个R值，并将所有R的均值作为每个点云在单光子面阵探测方向上的第一距离值R _t 。

步骤S16、对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。

三维点云的重要特点是同一目标产生的回波在二维面上的距离相近特性，或者称之为空间邻域相关性。当激光光斑小于目标时，相邻的探测点往往对应于同一个目标的局部，而物体局部不会有超乎寻常的凸起，所以这些局部邻域应具有相近的距离。借助这种特性，对窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪。

S2、对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像。

S3、提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置。

采用激光主动单光子三维成像对空探测时，背景相对简单，仅存在少数极值点，单光子三维距离图像中的距离极值点可能是目标位置，即疑似空中运动目标位置。

S4、对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号。

本实施例以疑似空中运动目标位置为引导信息，通过伺服***，进行精密扫描，即向疑似空中运动目标位置处发射高相干性激光脉冲，通过外差探测方式接收回波。

S5、根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息。

本实施例利用中频信号，得到疑似空中运动目标的距离、速度、微振动频率和微振动幅值等多维信息。再利用疑似空中运动目标的速度、微振动频率和微振动幅值，判定目标存在信息（即是否为真实目标），并计算目标距离修正量，实现单光子三维距离图像的校正。本实施例中，运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值。获取疑似空中运动目标的运动特征信息的具体过程包括：

1、对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测方向上的第二距离值；

为了降低包络线失真，本实施例采用经验模态EMD分解法，对中频信号进行降噪，再利用希尔伯特解调法，得到中频信号的包络，该方法对数据的处理能力较强，包络线失真问题相对微弱。

空中运动目标通常具有复杂结构，当激光光斑内的目标存在多个距离分布时，激光回波可看做目标在激光外差探测径向上各微结构子回波的叠加。

对希尔伯特变换后的中频信号进行波形分解后，得到各个分量波形的回波时延t _m ，m=1,2,…M，M为分量波形的数量，进而得到疑似空中运动目标在激光外差探测方向上的第二距离值为：

；

其中，R _h 为疑似空中运动目标在激光外差探测方向上的第二距离值；c为光速；t _m 为第m个分量波形的回波时延，m=1,2,…M，M为分量波形的数量。

2、对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；

全相位FFT(apFFT)具有优良的抑制频谱泄漏能力，从而使各频率成分的谱间干扰降低，更加突出中频信号，有利于提取信号的频率和幅值，且无需额外的校正措施。

本实施例采用Hannning窗进行数据加窗处理，进一步降低频谱泄漏。再从频谱中提取最大离散谱峰值，则中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度为：

；

其中，v为中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；k为中频信号频谱中最大离散谱峰值对应的频点序号；λ为激光波长；f _s 为回波采样率；Δf _shift 为中频信号的初始频移量；N为中频信号采样点数。

3、获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。

本实施例通过平滑伪魏格纳-维利分布（SPWVD）方法处理中频信号，得到时频曲线。该方法获得的时频曲线在低信噪比条件下仍可保持较高的时频聚集性。再利用时频曲线中每个像素点与时间和频率对应关系，通过余弦规律拟合，得到单像素的第一时频曲线，通过对第一时频曲线进行快速傅里叶变换，得到第一时频曲线的幅值A和频率f _v ，该幅值是目标微振动幅值的函数，该频率即为疑似空中运动目标的微振动频率。

如图2所示，激光雷达位于固定坐标系（X,Y,Z）的原点，P点表示疑似空中运动目标的一个散射中心，其以参考坐标系（x,y,z）原点Q为中心沿着

方向做简谐振动。α _p 和β _p 分别表示/>

在坐标系（x,y,z）中的方位角和俯仰角，α和β分别表示Q点相对于激光雷达的方位角和俯仰角。

本实施例的疑似空中运动目标的微振动幅值为：

；

其中，D _v 为疑似空中运动目标的微振动幅值；A为第一时频曲线的振幅；f _v 为疑似空中运动目标的微振动频率；λ为激光波长；β为激光雷达所在的固定坐标系的原点相对于激光雷达的俯仰角；α _p 为疑似空中运动目标的微振动方向在参考坐标系中的方位角。

S6、根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。

相对于隐身飞机超音速巡航速度，云层、飞鸟等目标速度相对较低，设置速度阈值v _th =40m/s，当v>v _th 时，则脉冲回波来源于低可探测性目标本体。

当满足f _v >f _th 且D _v >D _th 时，则脉冲回波来源于低可探测性目标本体。f _th 和D _th 分别为微动频率阈值和微动幅度阈值。

为了降低虚警率，当v>v _th 、f _v >f _th 和D _v >D _th 同时满足时，脉冲回波来源于低可探测性目标本体。因此，本步骤的具体实现过程包括：

步骤S61、判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则进入步骤S62；如否，则结束；

步骤S62、对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断。

当中频信号的信噪比SNR大于信噪比阈值SNR _th 时，则中频信号的信噪比为高信噪比；反之，则中频信号的信噪比为低信噪比。

步骤S63、根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。

当判断结果为高信噪比时，则目标距离修正量为：

ΔR ₁=R _t -R _h ；

其中，ΔR ₁为目标距离修正量；R _t 和R _h 分别为所述疑似空中运动目标在单光子面阵探测方向上的第一距离值和在激光外差探测方向上的第二距离值。

当判断结果为低信噪比时，则目标距离修正量为：

；

其中，ΔR ₂为目标距离修正量；R _t 和R _h 分别为所述疑似空中运动目标在单光子面阵探测的方向上的第一距离值和在激光外差探测的方向上的第二距离值；SNR _t 和SNR _h 分别为单光子面阵探测和激光外差探测时的信噪比。

本实施例中的疑似空中运动目标在单光子面阵探测方向上的第一距离值为：窄脉冲多重频激光扫描帧中疑似空中运动目标所对应的点云在单光子面阵探测的方向上的第一距离值。采用目标距离修正量，对单光子三维距离图像中各个点云进行距离修正。

本实施例通过窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；并对各个瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；利用单光子三维距离图像中的距离极值点，确定疑似空中运动目标位置；以疑似空中运动目标位置为引导信息，对疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取疑似空中运动目标的中频信号；通过中频信号，获取疑似空中运动目标的运动特征信息，进而实现对疑似空中运动目标确认，并实现单光子三维距离图像的修正，提高了对低可探测性空中运动目标的探测效率、探测可靠性和多维信息获取能力，兼顾了大视场主动探测、高效目标搜索和小视场精密测量能力，且虚警率低，测距精度高，为空中运动目标的精确可靠探测提供了有效方法。

本实施例可采用如下实施例给出的空中运动目标的相干与非相干激光协同探测***实现：

另一实施例给出了一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测***，该相干与非相干激光协同探测***包括：

第一探测模块，用于对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；

图像拼接模块，用于对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；

提取模块，用于提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；

第二探测模块，用于对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；

获取模块，用于根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；

图像修正模块，用于根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。

进一步的，所述第一探测模块包括：

第一计算子模块，用于确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；

计数子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；

波形降噪子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；

恒比定时处理子模块，用于对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；

解距离模糊处理子模块，用于根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测的方向上的第一距离值；

自适应降噪子模块，用于对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。

进一步的，所述波形降噪子模块包括：

能量分解单元，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；

第一剔除单元，用于从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；

所述高频低振幅对应的子波形分量为所有子波形分量中前2~3个子波形分量；

计算单元，用于计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；

第二剔除单元，用于剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。

进一步的，所述运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值；所述获取模块包括：

波形分解子模块，用于对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测的方向上的第二距离值；

最大离散谱峰估计子模块，用于对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；

获取子模块，用于获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。

进一步的，所述图像修正模块包括：

第一判断子模块，用于判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则将所述中频信号传输给第二判断子模块；如否，则结束；

第二判断子模块，用于对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断；

第二计算子模块，用于根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。

上述实施例所涉及的原理、公式及其参数定义均可适用，这里不再一一赘述。

请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，所述相干与非相干激光协同探测方法包括以下步骤：

步骤S1、对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；

步骤S2、对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；

步骤S3、提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；

步骤S4、对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；

步骤S5、根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；

步骤S6、根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。

2.根据权利要求1所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像的具体过程包括：

步骤S11、确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；

步骤S12、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；

步骤S13、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；

步骤S14、对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；

步骤S15、根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测方向上的第一距离值；

步骤S16、对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。

3.根据权利要求2所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，在所述步骤S13中，所述波形降噪的具体实现过程包括：

步骤S131、对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；

步骤S132、从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；

所述高频低振幅对应的子波形分量为所有子波形分量中前2~3个子波形分量；

步骤S133、计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；

步骤S134、剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。

4.根据权利要求3所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值；所述获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息的具体过程包括：

对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测方向上的第二距离值；

对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；

获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。

5.根据权利要求4所述的相干与非相干激光协同探测方法，其特征在于，所述步骤S6的具体实现过程包括：

步骤S61、判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则进入步骤S62；如否，则结束；

步骤S62、对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断；

步骤S63、根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。

6.一种空中运动目标的相干与非相干激光协同探测***，其特征在于，所述相干与非相干激光协同探测***包括：

第一探测模块，用于对空中运动目标可能存在区域依次进行窄脉冲多重频激光粗扫描和单光子面阵探测，以获取每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像；

图像拼接模块，用于对各个扫描方向对应的瞬时激光距离图像进行图像拼接，得到单光子三维距离图像；

提取模块，用于提取所述单光子三维距离图像中的距离极值点，并将所述距离极值点作为疑似空中运动目标位置；

第二探测模块，用于对所述疑似空中运动目标位置处依次进行高相干性激光脉冲精密扫描和激光外差探测，以获取所述疑似空中运动目标的中频信号；

获取模块，用于根据所述中频信号，获取所述疑似空中运动目标的运动特征信息；

图像修正模块，用于根据所述疑似空中运动目标的运动特征信息，对所述疑似空中运动目标进行确认后修正所述单光子三维距离图像。

7.根据权利要求6所述的相干与非相干激光协同探测***，其特征在于，所述第一探测模块包括：

第一计算子模块，用于确定窄脉冲多重频激光中的各个重频对应的互质脉冲周期，以计算所述单光子面阵探测的最大非模糊距离；

计数子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的多个光子回波信号进行时间相关单光子计数，以确定所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形；

波形降噪子模块，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行波形降噪；

恒比定时处理子模块，用于对所述波形降噪后的光子波形进行恒比定时处理，得到所述窄脉冲多重频激光中的每个重频对应的回波时延；

解距离模糊处理子模块，用于根据所述最大非模糊距离和回波时延，对所述窄脉冲多重频激光扫描帧进行解距离模糊处理，得到所述窄脉冲多重频激光扫描帧中各个点云以及所述各个点云在所述单光子面阵探测方向上的第一距离值；

自适应降噪子模块，用于对所述窄脉冲多重频激光扫描帧各个点云进行自适应降噪，得到所述每个扫描方向对应的瞬时激光距离图像。

8.根据权利要求7所述的相干与非相干激光协同探测***，其特征在于，所述波形降噪子模块包括：

能量分解单元，用于对所述每个扫描方向上单光子面阵探测到的光子波形进行能量分解，得到所述光子波形的各个能量对应的子波形分量；

第一剔除单元，用于从所有子波形分量中剔除高频低振幅对应的子波形分量，并获取剔除后的每个子波形分量的局部极大值点和局部极小值点；

所述高频低振幅对应的子波形分量为所有子波形分量中前2~3个子波形分量；

计算单元，用于计算所有局部极大值点的第一均值和所有局部极小值点的第二均值，并将所述第一均值和第二均值的均值作为第一阈值；

第二剔除单元，用于剔除所述局部极大值点小于所述第一阈值对应的子波形分量，得到波形降噪后的光子波形。

9.根据权利要求8所述的相干与非相干激光协同探测***，其特征在于，所述运动特征信息包括距离、速度、微振动频率和微振动幅值；所述获取模块包括：

波形分解子模块，用于对所述中频信号依次进行经验模态分解降噪、希尔伯特变换和波形分解，以确定所述疑似空中运动目标在所述激光外差探测方向上的第二距离值；

最大离散谱峰估计子模块，用于对所述中频信号依次进行全相位傅里叶变换、数据加窗处理和最大离散谱峰估计，以获取所述中频信号的频移对应的疑似空中运动目标速度；

获取子模块，用于获取所述中频信号的时频曲线，以确定所述疑似空中运动目标的微振动频率和微振动幅值。

10.根据权利要求9所述的相干与非相干激光协同探测***，其特征在于，所述图像修正模块包括：

第一判断子模块，用于判断所述疑似空中运动目标速度、微振动频率和微振动幅值是否均大于各自对应的第二阈值，如是，则将所述中频信号传输给第二判断子模块；如否，则结束；

第二判断子模块，用于对所述中频信号进行高信噪比和低信噪比判断；

第二计算子模块，用于根据判断结果以及所述第一距离值和第二距离值，计算目标距离修正量，并修正所述单光子三维距离图像。

Images