激光雷達截面測量中大氣后向散射補償技術(shù)研究.pdf

1、激光雷達主要工作在戶外甚至是戰(zhàn)場環(huán)境，既要面對復雜的天氣情況和障礙物的干擾，又要應(yīng)對復雜工作環(huán)境的突發(fā)變化。尤其在激光雷達散射截面的測量中，探測目標對激光信號的后向散射回波信號本身就相當微弱，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見的能直接影響激光雷達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，提高激光雷達散射截面測量的可行性和準確性。這對促進激光雷達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散射截面測量過程中的影響做了詳盡的分析和討論。進而，建立

3、了激光大氣后向散射理論模型，并對該模型進行了計算和分析，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)用新實驗方案在霧霾天氣和晴朗天氣兩種天氣條件下進行了模擬實驗，對實驗結(jié)果進行了分析討論。最后，將理論模型和實驗方案進行了對比分析結(jié)果顯示，能夠進入探測系統(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，對一個實際測量的外場實驗進行了工程應(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，再對外場實驗數(shù)據(jù)進行分析來完善和優(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驗方法，實現(xiàn)了對大氣后向散射影響的消除，大大提高激光雷達散射截面測量的可行