应用于地形匹配导航的激光高度计设计

为解决基于雷达高度表探测的地形匹配导航系统探测精度不高、易受电子干扰影响而失效、且在跨海飞行时无法导航的难题,设计了一种激光高度计来代替雷达高度表进行地形探测。采用二极管泵浦固体激光器技术设计激光发射装置,输出近红外/蓝绿双波长激光,既可以测量陆地地形高度,又可以穿透海水探测海底地形;并根据激光高度计拟达到的性能指标选择合适的光电探测器,优化设计了光学系统、扫描系统和信号处理系统。所设计的激光高度计具有体积小、重量轻、高重频、探测灵敏度高、抗电磁干扰能力强等特点。     

串口数据丢帧引起的雷达测试故障原因分析

为解决某雷达高度表试验过程中发生的动作高度测试异常故障,采用故障树分析法对雷达高度表和测试设备进行故障排查。经检测发现,测试设备上位机的串口通信卡接收下位机的数据中有几十帧数据帧出现CRC校验位错误,被应用程序丢弃。原因是下位机发出的数据信号存在一定程度的畸变,上位机串口通信卡的串口控制器芯片OX16PCI694适应性不足导致数据读取出错。而应用程序在健壮性设计上也存在缺陷,以数据帧数来计算时间及雷达动作高度,但丢弃数据帧时未作相应处理。采用兼容性好的串口控制器芯片16C554重新设计通信卡,在上位机与下位机通信协议中增加数据的帧序号。经试验验证故障定位正确,解决措施有效。     

红外／雷达双传感器融合目标跟踪算法

实现雷达和红外融合跟踪的基本思路是：首先提取红外成像的目标质心并将其转换到惯性坐标系：然后用最小二乘规则对红外传感器的冗余角度数据进行压缩，以产生在时间上和雷达测量对准的伪角度测量：再通过加权平均的方法分别与雷达的方位角和俯仰角测量进行融合处理，以得到同步数据融合估计。采用了由拉格朗日算法所求得的约束极值作为权系数，使用扩展的卡尔曼滤波方法设计跟踪滤波器，将基于雷达和红外融合得到的数据用于更新滤波器的目标状态。     

主被动光学图像融合技术研究

本文应用扫描式激光成像雷达获取试验数据并实现对激光数据的三维成像处理,给出了基于目标特征的激光雷达图像与被动光学图像的数据融合方法,实现了激光图像和光学图像间的三维融合。试验结果表明,本文所提出的基于目标特征的两种不同质图像间的融合方法是可行的,融合后的图像具有丰富的光谱信息和三维立体信息。     

光学无线电测量信息融合定位方法

在外弹道测量系统中,将光学设备与无线电设备测量数据进行融合处理,可以提高系统的综合测量水平和设备的使用效率。利用部署在光电经纬仪附近的雷达,建立光电经纬仪和雷达联测定位模型。由全微分公式,根据测站站址差将光电经纬仪的测角信息与雷达的测距信息进行数据融合,可以得到目标相对于雷达的方位角和俯仰角,从而确定目标的空间三维位置;分析了定位模型的主要误差来源和对定位结果的影响。结果表明,光电经纬仪雷达联合定位算法得到的精度优于雷达单台定位精度,联合定位的精度达到2 m以内,同时发挥了光电经纬仪和雷达跟踪测量的长处。     

基于双F-P干涉仪的多普勒测风激光雷达的性能分析

 自行研制了一台基于双边缘技术的多普勒激光雷达，用于测量对流层大气风场。该雷达采用具有高光谱分辨率的双Fabry-Perot干涉仪来检测气溶胶后向散射的多普勒频移量。给出了多普勒测风激光雷达的结构和参数。利用干涉仪参数讨论了雷达系统的测量精度。实验测定了双干涉仪的频谱曲线。通过计算和分析，由测量的干涉仪频谱曲线的的标准偏差引起的系统测量误差为0.5 m/s。系统的测量误差随着测量的高度和所测速度的增加在增大，在高度10 km测量50 m/s的风速时系统的测量误差小于2 m/s。     

雷达高度表灵敏度测试系统的参数化设计方法

提出了一种参数化设计方法,实现了雷达高度表接收机灵敏度的自动化测试,提高了接收机灵敏度的测试效率和测试准确度。利用计算机程序通过GPIB协议控制直流稳压电源、信号源、示波器等标准仪器,实现了雷达高度表的加电和断电、雷达回波信号的模拟、雷达高度表输出端信号的检测。针对测试需求,充分考虑接收机灵敏度测试方案的通用性和可扩展性,设计了通用的测试模型,据此开发的软件可自动给出测试结论。在程序中设计了求取灵敏度最优频点和灵敏度的优化迭代算法,节省了测试时间。利用数据库技术对被测雷达高度表相关信息和测试数据进行管理,便于将测试结果与历史数据进行比对。     

数字式激光平面干涉仪校准规范介绍

数字式激光平面干涉仪是用于测量光学元件面形和无焦光学系统波像差的光学仪器。为了统一数字式激光平面干涉仪测量量值，保证其测量结果的准确性和溯源性，编写数字式激光平面干涉仪校准规范。简要介绍了数字式激光平面干涉仪校准规范的构成，被校仪器的技术指标和校准方法等。     

星载激光多普勒测风雷达鉴频系统仿真(I):基于Fizeau干涉仪的Mie通道大气风速反演研究

研究了星载激光多普勒测风雷达系统结构,构建了基于Fizeau干涉仪的鉴频仿真系统,仿真研究了Mie通道风速反演算法,并利用无线电探空数据集仿真结果统计分析了Mie通道大气水平视线(HLOS)风速反演误差.仿真和统计结果表明,基于Fizeau干涉仪的Mie通道可反演低对流层大气风速;低对流层HLOS风速误差和标准差分别小于1 m·s-1和2 m·s-1;气溶胶和云的分布影响星载激光多普勒雷达测风误差,可使风速最大偏差增大一倍.     

雷达侦察系统参数测量的建模与仿真

在雷达侦察系统工作过程中,对表征敌方雷达信号特征的参数进行测量是后续进行信号分选和辐射源识别的前提条件;首先介绍了相位差测频和相位干涉仪测向的基本原理,然后对常用于表征雷达信号特征的参数的测量过程建立了数学模型,最后对建立的数学模型进行了仿真验证;仿真的结果表明,建立的数学模型能够有效地模拟雷达侦察系统对雷达信号参数的测量。     

An overview of the laser ranging method of space laser altimeter

Space laser altimeter is an active remote sensing instrument to measure topographic map of Earth, Moon and planetary. The space laser altimeter determines the range between the instrument and laser footprint by measuring round trip time of laser pulse. The return pulse reflected from ground surface is gathered by the receiver of space laser altimeter, the pulsewidth and amplitude of which are changeable with the variability of the ground relief. Meantime, several kinds of noise overlapped on the return pulse signal affect its signal-to-noise ratio. To eliminate the influence of these factors that cause range walk and range uncertainty, the reliable laser ranging methods need to be implemented to obtain high-precision range results. Based on typical space laser altimeters in the past few decades, various ranging methods are expounded in detail according to the operational principle of instruments and timing method. By illustrating the concrete procedure of determining time of flight of laser pulse, this overview provides the comparison of the employed technologies in previous and undergoing research programs and prospect innovative technology for space laser altimeters in future.     

基于星载激光测高数据的植被冠层高度反演

星载激光测高系统在应用于冠层高度反演时，由于光斑尺寸较大、地表环境复杂等因素，导致无法准确地从回波信号中提取地面位置。针对该问题，设计了一种分类地面波形，计算有效候选峰加权高程的地面返回位置提取和植被冠层高度反演方法。采用该方法对佛蒙特州西北地区的GLAS回波数据进行了处理，实现了地面高程提取和冠层高度反演，以同时期机载Lidar测量数据进行精度验证，并与高斯分解法的反演结果进行比较。结果表明该方法提取的地面返回位置与机载雷达采集的地面点云的分布非常接近，且地面提取精度优于高斯分解法；GLAS冠层高度反演结果RMSE为2.82 m，相关系数为0.81，与机载激光雷达测量结果具有较好的一致性，且优于高斯分解法的冠层高度反演结果。     

利用变分结合正则化方法对高度计风速资料调整海面风场的研究

利用变分结合正则化方法,对高度计风速资料在无辐散和有辐散两种情形下的背景风场进行调整,同时进行了数值试验.试验表明:高度计风速对背景风场的调整有积极作用,特别是高度计沿轨区域风场调整效果更为明显.对高度计后向散射截面进行了敏感性试验,当后向散射截面存在随机扰动时,利用高度计风速调整海面风场具有较强的抗噪性.最后进行实例试验,结果表明该方法是切实可行的.     

光学图像与雷达图像的数据融合研究

利用可提取更多图像信息和细节的像素级数据融合方法实现光学图像和雷达图像的融合。试验表明，基于像素级的数据融合方法有效可行，生成的图像具有更好的图像质量和最小的均方误差。     

光学窗口材料激光辐照热-力效应的解析计算研究

建立了高功率连续激光辐照透明光学材料的热力学模型,通过积分变换方法求解三维热传导方程,得出了激光辐照引起的瞬态温度场分布的精确解析解,并在此基础上进一步求得热应力场的瞬态分布。以1.315μm的高能氧碘激光辐照熔石英玻璃为例,计算了熔石英在激光辐照下的温度场与热应力场分布,分析了其激光损伤机理。研究结果表明由于熔石英具有优良的热稳定性,温度不均匀分布所产生的热应力相对较小,激光损伤主要是受辐照区域温度值超过材料熔点发生熔融破坏。理论分析结果与相关的实验结论一致,说明所建立激光辐照效应模型的合理性。     

高度计风速与辐射计风速的变分融合研究

为实现高度计风速与辐射计风速的融合, 采用Kriging插值方法将辐射计风速插值到高度计路径得到高度计风速观测算子, 建立高度计风速与辐射计风速融合的代价函数; 利用变分方法求解分析风速, 得出融合结果. 分别在仅高度计风速有误差、 仅辐射计风速有误差和两者都有误差的情况下开展了模拟试验, 结果表明变分融合结果更接近于理想风速, 尤其在高度计路径上更为明显. 选取Jason-1高度计第241周期风速资料和与其时空匹配的国防气象卫星计划 F17上所搭载的专用传感器微波成像仪辐射计风速资料开展了实例试验, 结果表明融合后的结果更加接近于浮标观测结果, 证实了变分融合方法的有效性. 经统计, 上述高度计和辐射计资料有60%时空匹配, 开展风速融合有重要的理论及应用价值. 该变分融合方法可应用于我国海洋二号卫星所载高度计与辐射计风速反演结果的融合. 关键词： 高度计 辐射计 风速 融合