動(dòng)態(tài)跟蹤激光測距系統(tǒng)作用距離及動(dòng)態(tài)回波率分析.pdf

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1、《飛行器側(cè)控技術(shù)》年第期動(dòng)態(tài)跟蹤激光測距系統(tǒng)作用距離及動(dòng)態(tài)回波率分析邢強(qiáng)林洛陽跟蹤與通信技術(shù)研究所摘要、,本文給出了激光瀏距悶值角動(dòng)態(tài)回波率及?；夭首饔镁嚯x的計(jì)算公式分析了三者的性質(zhì)。舉例說明了如何用分析結(jié)果處理工程應(yīng)用中的一些問題。、己吉‘作用距離、動(dòng)態(tài)回波率是動(dòng)態(tài)跟蹤激光測距系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)。過去常將發(fā)射激光近,似為均勻分布錐形光束來分析作用距離圖動(dòng)態(tài)回波率常用目標(biāo)被跟蹤于激光發(fā)散角內(nèi)的概,。,率來估算其結(jié)果很粗略有關(guān)文獻(xiàn)閣將激光束近似為高斯光束在回波率分析中引入了光,。,束團(tuán)值角的概念但分析不詳本文深入分析了測距閉值角及動(dòng)態(tài)回波率的性質(zhì)將距離和,、、,回

2、波率聯(lián)系起來引入最大作用距離有效作用距離保回波率作用距離等概念并得出若干。、,、結(jié)論這些結(jié)論可用于激光功率激光發(fā)散角等參數(shù)的設(shè)計(jì)以及作用距離動(dòng)態(tài)回波率等性能分析。二、測距方程、、’,,設(shè)激光功率激光發(fā)散角分別為只氏氏很小發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)透過率為凡單程大氣透,、、、,、,過率為目標(biāo)距離有效反射面積反射率分別為《慮低丫激光束強(qiáng)度分布函,數(shù)為則目標(biāo)反射光功率為凡,‘江鞏一難,、二“若目標(biāo)反射光束發(fā)散角為氏接收系統(tǒng)口徑面積光學(xué)透過率分別為《、叼、,,,反射光強(qiáng)度分布函數(shù)為則接收功率為人艱氏。上式即一般形式的測距方程,。長注激光光束發(fā)散角定義為光能量下降為光束中心能量的時(shí)所對應(yīng)

3、的光束全角寬度一一光強(qiáng)分布函數(shù)及反射光束發(fā)散角氏將隨條件而變當(dāng)被跟蹤對象裝有角反射器合作目標(biāo),,,時(shí)由于合作目標(biāo)面積比較小其入射光近似為均勻分布如果不考慮衍射效應(yīng)則反射光可,。,,近似為均勻分布的錐形光束且其發(fā)散角氏很小以表示接收點(diǎn)偏離反射光束中心的角度則反射光束光強(qiáng)分布函效為的‘矛、甘占確,,。《氏氣、尹、只皿一“》毯,二,,。一般成氏因此,,。過去常將發(fā)射激光束近似為推角為乓的均勻錐形光束以表示目標(biāo)偏離發(fā)射光束中心,,,。二,的角度同理則當(dāng)喊叼時(shí)這時(shí)測距機(jī)接收功率為蘇入矛滬氏鳥心限,。此式即過去常用的測距方程人們用它來估算測距機(jī)的作用距離閉,。,更接近于實(shí)際情

4、況應(yīng)將發(fā)射激光近似為高斯光束以表示距離處的光斑半徑,〕,。二一護(hù)。,。,,“二乎則薩當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)時(shí)、氏這時(shí)沖一八于是測距方程為,入滬嶺沖滬曠一,式比式更精確地堵述了測距機(jī)接收功率與各參量間的函數(shù)關(guān)系利用該式可較全面地。分析測距機(jī)性能、三激光測距聞值角測距閉值角定義,。,,由式知隨增大而減小若小于最大作用距離則存在一固定的偏角沂當(dāng)。鑄時(shí),,二。,,。小于最小可探測功率這時(shí)測距機(jī)得不到有效回波稱為測距閱值角,〔式可得丙的表示式為根據(jù)上述定義將氏代入、二,,,線凡畔,一二二一’升氣聲丫下平研蔽元廠測距閱值角性質(zhì),街由、儀、、、、。,,由式等參數(shù)決定對高仰角遠(yuǎn)距離目標(biāo)近

5、似為常量下面。針對幾種特殊情況分析份的性質(zhì)、、、,氏,入等參數(shù)給定與的關(guān)系、、,若隊(duì)人等參數(shù)為給定值令。。只從凡,,。夢’丸一麗再萬一一。,,則可近似為常量事實(shí)上幾等于過去人們根據(jù)式所得的作用距離這里稱其為有效作。,用距離將和聯(lián)立則得份與的函數(shù)關(guān)系為‘氏咖一伽風(fēng)叮了了氏悶凡關(guān)系曲線見圖由此可得如下結(jié)論氏隨,,增大而減小當(dāng)娜值角為零時(shí)對應(yīng)最大作用甄離為,李瓶了瓏仃一一可見,過去人們利用式所得的作用。距離小于測距機(jī)的最大作用距離、、,當(dāng)時(shí)對應(yīng)閩值角為二了石萬兩。。烏阮氏了、,采,可見只有當(dāng)賓飛時(shí)測距機(jī)的作月距離才不小于。。一,當(dāng)團(tuán)值全角街氏時(shí)對應(yīng)距離。,凡添氣奮、。當(dāng)

6、凡時(shí)務(wù),,。,氏反之街代可見只有當(dāng)凡入,氏估算動(dòng)態(tài)回波率,時(shí)才能利用。圖月份‘了瓦、、、,,等參數(shù)給定奸與氏的街儀一關(guān)系曲線關(guān)系若、、、等參數(shù)為給定值,令尸,,人風(fēng)’二二一’七一寶士氣二獷丈二“‘長,獷一矛比、由〔,式可得街與氏的函數(shù)關(guān)系為街二氏儀滬。氏一儀,’關(guān)系曲線見圖于是可得如下結(jié)論,奸,當(dāng)氏時(shí)給定距離即為系統(tǒng)的,’。。最大作用距離它與的關(guān)系為二添萬這與、。三、節(jié)的結(jié)論一致。,二仆由鑄?？傻檬归}值角最大的激光發(fā)一愈角為‘。,〔丫丫下一一卞寸對應(yīng)最大閉值角為十一喻護(hù)哀石二際八丫了,這時(shí)有效作用距離和繪定距離之間的關(guān)系為二二弓佗萬二幼舀之弓幻扣典、,,、、氏給定

7、閉值角與人等參數(shù)的圖母,一嘆關(guān)親灼線關(guān)系、,,、,、,。當(dāng)儀給定時(shí)由式知升是政人等參數(shù)的增基數(shù)增大這些參數(shù)可擴(kuò)大街、四激光測距動(dòng)態(tài)回波率有效回波空間。,,具有有效回波的目標(biāo)點(diǎn)集合稱為有效回波空間根據(jù)街的定義當(dāng)連續(xù)變化時(shí)對應(yīng)一。成氏的空間即構(gòu)成測距機(jī)的有效回波空間,,、、,、,,、通常很小設(shè)距離處網(wǎng)值光斑半徑為幾則氏幾凡阮這時(shí)由式則有一一〔一刁匕夏」。一關(guān)系曲線見圖。以圖中軸為軸,以,一曲線為母線所得的旋轉(zhuǎn)體即近似為測距機(jī)的有效回波空間廣一’、相對于激光束中心線。如果以接收點(diǎn)為原一卜,,碩,點(diǎn)以激光束中心線為軸根據(jù)式在一坐標(biāo)系中,該有效回波空閑外表面方程為一〕,樂凡

8、激光測距回