激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種激光成像雷達(dá)制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置，屬于光電信息系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。包括反射內(nèi)存卡、目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)、同步信號(hào)接收裝置、信號(hào)分配裝置、回波信號(hào)生成裝置、光源驅(qū)動(dòng)裝置和光源陣列；通過(guò)目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收仿真計(jì)算機(jī)發(fā)送的目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)生成方法生成延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)，并送至回波信號(hào)生成裝置?；夭ㄐ盘?hào)生成裝置在觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)之下，根據(jù)當(dāng)前的延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行延時(shí)和展寬后，光源陣列經(jīng)光源驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下發(fā)射出多路光學(xué)回波信號(hào)。本實(shí)用新型集成度高、穩(wěn)定性好，具有為被測(cè)試的激光成像雷達(dá)傳感器提供物理的、實(shí)時(shí)的、延時(shí)范圍大、時(shí)間精度高、脈寬可調(diào)的多路光學(xué)回波信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種激光成像雷達(dá)制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)中的激光成像雷達(dá)目標(biāo) 回波信號(hào)模擬器裝置，主要應(yīng)用于制導(dǎo)彈藥半實(shí)物仿真目標(biāo)模擬系統(tǒng)，屬于光電信息系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置是激光成像雷達(dá)制導(dǎo)制導(dǎo)半實(shí)物仿真系 統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置在實(shí)驗(yàn)室條件下為被試激光成像 雷達(dá)提供物理的、實(shí)時(shí)的光學(xué)回波信號(hào)。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)光學(xué)回波信號(hào)的生成方式，主要有直接電信號(hào)注入、光信號(hào)投影 和光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微鏡陣列。直接電信號(hào)注入方式繞過(guò)了被試激光成像雷達(dá)的光電 探測(cè)系統(tǒng)，直接將生成的回波電信號(hào)注入至被試激光成像雷達(dá)的信號(hào)處理機(jī)構(gòu)。運(yùn)種方式 需要額外的仿真模塊來(lái)模擬光電探測(cè)系統(tǒng)的影響，因而不能驗(yàn)證和測(cè)試被試激光成像雷達(dá) 的全部性能。光信號(hào)投影方式是將含有目標(biāo)距離信息的光學(xué)回波信號(hào)通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)直接投 影至被試激光成像雷達(dá)的接收光學(xué)系統(tǒng)的入瞳處。然而對(duì)于采用焦平面陣列探測(cè)器的激光 成像雷達(dá)，光信號(hào)投影方式需要為每一個(gè)探測(cè)像元提高精度高、延時(shí)范圍大的光學(xué)回波信 號(hào)。目前采用運(yùn)種方式的裝置的光學(xué)回波信號(hào)生成通道數(shù)量較少（少于64路），因此只能通 過(guò)掃描的方式來(lái)形成大陣列的距離圖像的生成，運(yùn)樣增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和體積。光學(xué) MEMS微鏡陣列方式的原理與光信號(hào)投影相似，它采用垂直腔面發(fā)射激光器(VCS化)陣列作 為光源，WMEMS微鏡陣列作為圖像投影器。運(yùn)種方式降低了成本和體積，然而運(yùn)種方式目前 只是停留在概念設(shè)計(jì)和分析階段，并且沒有關(guān)于運(yùn)種方式的進(jìn)一步報(bào)道。
[0004] 相比于直接電信號(hào)注入和光學(xué)MEMS微鏡陣列，光信號(hào)投影仍然是實(shí)現(xiàn)光學(xué)回波信 號(hào)生成最為合適的方法。針對(duì)上述提及的光學(xué)回波信號(hào)生成通道數(shù)量少、系統(tǒng)復(fù)雜度高和 體積大等問(wèn)題，我們提出了一種基于光信號(hào)投影方式的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬 器。該方法能提供并行輸出多路光學(xué)回波信號(hào)，具有延時(shí)精度高、延時(shí)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。并且 可W通過(guò)光學(xué)投影系統(tǒng)后可為被試激光成像雷達(dá)提供無(wú)掃描的光學(xué)回波信號(hào)，因此可大大 降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高易操作性和易維護(hù)性等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)生成技術(shù)方案中 光學(xué)回波生成通道數(shù)量少、系統(tǒng)復(fù)雜度高和體積大等問(wèn)題，而提供了一種能夠一種激光成 像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置。
[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置，包含反射內(nèi)存卡、目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì) 算機(jī)、同步信號(hào)接收裝置、信號(hào)分配裝置、回波信號(hào)生成裝置、光源驅(qū)動(dòng)裝置和光源陣列，其 中：
[0008] 1)目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)通過(guò)反射內(nèi)存卡實(shí)時(shí)接收目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)，并生成延時(shí)數(shù)據(jù) 和脈寬數(shù)據(jù)。
[0009] 2)同步信號(hào)接收裝置將同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為觸發(fā)信號(hào)。
[0010] 3)信號(hào)分配裝置將外部時(shí)鐘信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)分別送至目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)和回 波信號(hào)生成裝置。
[0011] 4)回波信號(hào)生成裝置在觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)之下，根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)緩存中的延時(shí)數(shù)據(jù)和 脈寬數(shù)據(jù)對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和展寬，生成多路回波電信號(hào)。
[0012] 5)光源驅(qū)動(dòng)裝置將回波電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0013] 6)光源陣列在光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下生成多路光學(xué)回波信號(hào)。
[0014] 本實(shí)用新型的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置生成多路光學(xué)回波信號(hào)的 過(guò)程為：
[0015] 1)目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘的上升沿接收目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)，通過(guò)解算后 得到延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)，之后立即發(fā)送至回波信號(hào)生成裝置。
[0016] 2)同時(shí)，同步信號(hào)接收裝置不斷檢測(cè)同步信號(hào)是否到來(lái)，如果檢測(cè)到則將其轉(zhuǎn)換 為觸發(fā)信號(hào)。
[0017] 3)在觸發(fā)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，回波信號(hào)生成裝置根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)緩存中的延時(shí)數(shù)據(jù)和脈 寬數(shù)據(jù)生成多路回波電信號(hào)。
[0018] 4)多路回波電信號(hào)經(jīng)光源驅(qū)動(dòng)裝置提高驅(qū)動(dòng)能力后，驅(qū)動(dòng)光源陣列生成多路光學(xué) 回波信號(hào)。
[0019] 本實(shí)用新型的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置中的目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī) 生成延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)的過(guò)程為：
[0020] 1)為了保證半實(shí)物仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在接收目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)之前，目標(biāo)場(chǎng)景生成 計(jì)算機(jī)已經(jīng)預(yù)先生成了不同距離時(shí)在不同視點(diǎn)下的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)。首先通過(guò)Ξ維引擎軟件 載入目標(biāo)模型和地面模型，并設(shè)定目標(biāo)距離和視點(diǎn)坐標(biāo)，然后W視點(diǎn)為原點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)掃描 線段，在一定的視場(chǎng)內(nèi)對(duì)該線段進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并不斷的使用Ξ維引擎軟件的碰撞檢測(cè)功能得 到目標(biāo)表面與線段的碰撞點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算得出目標(biāo)距離數(shù)據(jù)。最終生 成了在不同距離時(shí)不同視點(diǎn)下的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0021] 2)根據(jù)得到了不同距離時(shí)不同視點(diǎn)下的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)，分別W視點(diǎn)和參考點(diǎn)建立 視點(diǎn)坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系，通過(guò)坐標(biāo)變換將目標(biāo)距離數(shù)據(jù)變換至參考坐標(biāo)系中，得到在參 考坐標(biāo)系下的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)。
[0022] 3)在實(shí)時(shí)仿真時(shí)，目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)根據(jù)目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)得到當(dāng)前的目標(biāo)中屯、點(diǎn) 坐標(biāo)和視點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)中屯、點(diǎn)與視點(diǎn)之間距離去調(diào)取步驟2)中生成的在參考坐標(biāo)系下 的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)，然后W該視點(diǎn)建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，之后通過(guò)坐標(biāo)變換將參考坐標(biāo)系下 的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到該視點(diǎn)坐標(biāo)系下。
[0023] 4)通常在一個(gè)視點(diǎn)下對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，由于遮擋的原因，應(yīng)當(dāng)將視線中看不見 的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)去掉。實(shí)現(xiàn)的方法是將該視點(diǎn)下的目標(biāo)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為球坐標(biāo)，在相同或者差別 微小的視線下，只取離視點(diǎn)距離最小的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。最終將距離數(shù)據(jù)通過(guò)激光雷達(dá)測(cè)距方程 轉(zhuǎn)換為脈沖的延時(shí)數(shù)據(jù)。
[0024] 5)脈沖的展寬數(shù)據(jù)則是通過(guò)將目標(biāo)的表面沖激響應(yīng)函數(shù)與入射光信號(hào)進(jìn)行卷積 計(jì)算后得出。
[0025] 本實(shí)用新型的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置中的回波信號(hào)生成裝置可 W使用邏輯編程器件(FPGA或者CPLD)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)的模塊由脈沖延時(shí)計(jì)數(shù)器、延 時(shí)比較器、脈沖展寬計(jì)數(shù)器、展寬比較器、I/O模塊、DRAM組成。
[0026] 本實(shí)用新型的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置可W使用L邸陣列作為光源 陣列實(shí)現(xiàn)光學(xué)回波信號(hào)的物理顯示，也可W使用LD陣列或者激光器陣列作為光源陣列。光 源陣列的組成方式可W采用采用1XN的線陣的方式，也可W采用MXN的面陣的方式。
[0027] 有益效果
[00%]本實(shí)用新型對(duì)比已有技術(shù)具有W下有益優(yōu)點(diǎn)：
[0029] 1)裝置中沒有采用掃描系統(tǒng)，從而避免了與激光成像雷達(dá)復(fù)雜的同步過(guò)程，并且 使裝置的復(fù)雜度減低；
[0030] 2)能夠模擬延時(shí)范圍大、時(shí)間精度高、脈寬可調(diào)的多路并行輸出激光回波信號(hào)；
[0031] 2)具有集成度高，穩(wěn)定性好，實(shí)時(shí)性高，試驗(yàn)過(guò)程可控，可重復(fù)操作等優(yōu)點(diǎn)；
[0032] 3)可在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試被試激光成像雷達(dá)的目標(biāo)探測(cè)、跟蹤和識(shí)別性能。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的基本機(jī)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的工作時(shí)序圖；
[0035] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中回波電電信號(hào)生成流程圖；
[0036] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中預(yù)先生成的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)生成流程圖；
[0037] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中實(shí)時(shí)仿真時(shí)目標(biāo)距離數(shù)據(jù)生成示意圖；
[0038] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中目標(biāo)表面傾斜對(duì)入射光脈寬的脈寬展寬結(jié)果圖；
[0039] 圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例中光源驅(qū)動(dòng)裝置的電路組成示意圖；
[0040] 圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例中實(shí)時(shí)仿真中使用的目標(biāo)模型圖；
[0041] 圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例所生成的目標(biāo)距離圖像和模擬距離誤差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0043] 實(shí)施例
[0044] 如圖1所示，本實(shí)用新型的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置，其裝置包括反 射內(nèi)存卡、目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)、同步信號(hào)接收裝置、信號(hào)分配裝置、回波信號(hào)生成裝置、光 源驅(qū)動(dòng)裝置和光源陣列組成。采用GE CPCI-5565PI0RC作為反射內(nèi)存卡，通過(guò)其光針數(shù)據(jù)接 口來(lái)接收目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)。采用NI PXIe-8135作為目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)，根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)發(fā) 送的目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)，通過(guò)解算后得到延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)。采用NI PXIe-6674T作為同步信 號(hào)接收裝置，通過(guò)PFI 0接口或其他PFI接口接收同步信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為觸發(fā)信號(hào)送至 PXIe總線中。采用NI PXIe-1082作為信號(hào)分配裝置，通過(guò)REF IN接口接收外部時(shí)鐘信號(hào)，并 通過(guò)PXIe總線將外部時(shí)鐘信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)送至目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)和回波信號(hào)生成裝置。 采用2塊NI PXIe-7972R和2塊NI6581作為回波信號(hào)生成裝置，通過(guò)使用LabView編程來(lái)生成 回波電信號(hào)。其中，反射內(nèi)存卡GE CPCI-5565PI0RC、目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)NI PXIe-8135、同 步信號(hào)接收裝置NI PXIe-6674T、回波信號(hào)生成裝置NI PXIe-7972R和NI6581均安裝在信號(hào) 分配裝置NI PXIe-1082的插槽之中。采用MAX5048C和IRLML2030作為光源驅(qū)動(dòng)裝置，將回波 電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)。光源陣列為輸出波長(zhǎng)為l〇64nm的紅外L邸陣列，生成光學(xué)回波 信號(hào)供被試設(shè)備進(jìn)行探測(cè)。
[0045] 本實(shí)用新型實(shí)施例的工作時(shí)序圖如圖2所示。目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)同步時(shí) 鐘的上升沿接收目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行解算得到延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)，之后立即發(fā)送 至回波信號(hào)生成裝置。同步信號(hào)接收裝置將同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為觸發(fā)信號(hào)。在觸發(fā)信號(hào)的驅(qū)動(dòng) 下，回波信號(hào)生成裝置根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)緩存中的延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)生成108路回波電信號(hào)。 光源陣列經(jīng)光源驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)后生成108路光學(xué)回波信號(hào)。
[0046] 本實(shí)用新型實(shí)施例中其中一個(gè)回波電信號(hào)生成流程圖如圖3所示。當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā) 信號(hào)時(shí)，開始對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，否則繼續(xù)等待；當(dāng)延時(shí)值與設(shè)定值相同時(shí)，結(jié)束對(duì)其延 時(shí)，并對(duì)其進(jìn)行展寬；當(dāng)展寬值與設(shè)定值相同時(shí)，結(jié)束對(duì)其展寬，并通過(guò)數(shù)字I/O輸出回波電 信號(hào)。
[0047] 本實(shí)用新型實(shí)施例中預(yù)先生成的目標(biāo)距離數(shù)據(jù)生成流程圖如圖4所示。使用開源 Ξ維引擎軟件0SG (OpenSceneGraph)作為目標(biāo)距離數(shù)據(jù)生成工具。首先通過(guò)初始化程序后， 載入仿真中所使用的目標(biāo)和地面模型，并設(shè)定目標(biāo)和視點(diǎn)坐標(biāo)。然后，W該視點(diǎn)為原點(diǎn)創(chuàng)建 掃描線段，并在視場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)線段。之后，不斷的檢測(cè)線段是否與目標(biāo)發(fā)生碰撞，如果發(fā)生碰 撞，則保存當(dāng)前碰撞點(diǎn)的坐標(biāo)及距離數(shù)據(jù)，如果沒有發(fā)生碰撞，則繼續(xù)在視場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)線段。 之后，檢測(cè)掃描是否完成，如果是則結(jié)束數(shù)據(jù)的生成，如果不是則繼續(xù)在視場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)線段。
[0048] 本實(shí)用新型實(shí)施例中在實(shí)時(shí)仿真時(shí)目標(biāo)距離數(shù)據(jù)生成示意圖如圖5所示。目標(biāo)數(shù) 據(jù)匹配如圖5(a)所示，對(duì)于一個(gè)視點(diǎn)A，w視點(diǎn)A和參考點(diǎn)0分別建立視點(diǎn)A坐標(biāo)系OaXaYaZa和 參考坐標(biāo)系0XYZ。根據(jù)Bursa轉(zhuǎn)換公式由坐標(biāo)系OaXaYaZa到坐標(biāo)系0XYZ的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
[0049]
(1)
[0050] 其中，（Xa，ya，Za)T為目標(biāo)上某點(diǎn)在坐標(biāo)系OaXaYaZa下的坐標(biāo)，（X，y，Z)%該點(diǎn)在坐 標(biāo)系0XYZ下的坐標(biāo)，（Δ X, Δ y, Δ ζ)τ為坐標(biāo)系OaXaYaZaSJO坐標(biāo)系的平移參數(shù)，（ωχ, ωγ, ωζ) 為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，λ為尺度因子。
[0051] 將在A視點(diǎn)得到的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)帶入公式（1)可得到在坐標(biāo)系0ΧΥΖ的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù) 據(jù)。類似的，可將預(yù)先生成不同視點(diǎn)的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)變換到坐標(biāo)系0XYZ下。
[0052] 目標(biāo)數(shù)據(jù)再現(xiàn)如圖5(b)所示，對(duì)于空間中任意一個(gè)視點(diǎn)C，w其作為原點(diǎn)建立坐標(biāo) 系OcXcYcZc。由于已知0點(diǎn)坐標(biāo)和C點(diǎn)坐標(biāo)，因此可將坐標(biāo)系0XYZ下的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)坐標(biāo) 變換變換至坐標(biāo)系OeXeYeZc下：
[005；3]
(2)
[0054]其中，（x，y，z)%目標(biāo)上某點(diǎn)在坐標(biāo)系0XYZ下的坐標(biāo)，（Xc，yc，Zc)%該點(diǎn)在坐標(biāo)系 OcXcYcZc下的坐標(biāo)，（Δ Xc，A yc，A Zc)%坐標(biāo)系0XYZ到坐標(biāo)系OcXcYcZc的平移參數(shù)，Rc( ω )為 坐標(biāo)系OXYZ到坐標(biāo)系OcXcYcZc的旋轉(zhuǎn)矩陣，λ。為尺度因子，Rc( ω )=R( c〇x)R( c〇y)R( ωζ)。
[0055] 將在坐標(biāo)系OXYZ下坐標(biāo)數(shù)據(jù)代入公式(2)得到目標(biāo)坐標(biāo)系OcXcYcZc下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。 然而由于遮擋原因，應(yīng)當(dāng)將視點(diǎn)C下看不到的目標(biāo)點(diǎn)去掉。通過(guò)公式(3)將坐標(biāo)系OcXcYcZc下 的直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為球坐標(biāo)。
[0056]
(3)
[0057] 轉(zhuǎn)換為球坐標(biāo)后，在C視點(diǎn)下的同一視線中可能存在多個(gè)R值。而實(shí)際情況是在視 點(diǎn)處只能觀察到最近的目標(biāo)輪廓，所W在相同或差別微小的視線角度的情況下取R最小的 坐標(biāo)數(shù)據(jù)。由此可W得到在視點(diǎn)下C的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)兩點(diǎn)間距離公式便可得到目標(biāo)距 離數(shù)據(jù)。最后通過(guò)激光雷達(dá)測(cè)距方程將目標(biāo)距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為延時(shí)數(shù)據(jù)：
[0化引 t = 2R/c (4)
[0化9] 其中，C為光速。
[0060] 假設(shè)目標(biāo)表面是由多個(gè)不同傾斜子表面組成，每個(gè)子表面的傾斜角均不相同，貝U 每個(gè)子表面的反射光信號(hào)Pr(t)可W表示為入射光pt(t)與目標(biāo)表面響應(yīng)函數(shù)的卷積h(t):
[0061] Pr(t) =pt(t)*h(t) 巧）
[0062] 假設(shè)入射光如高斯光束，則對(duì)于平面目標(biāo)，它的表面沖激響應(yīng)h(t)可表示為：
[0063]
(6)
[0064] 其中，t' =2R/c，.r。= >/Ju7("ina')，w為高斯光束直徑，α為入射光與表面法線之間 的夾角。
[0065] 在實(shí)時(shí)仿真時(shí)，由于已知目標(biāo)模型和入射高斯光束的參數(shù)，所W目標(biāo)表面中各個(gè) 子表面的傾斜角也是已知的，因此各個(gè)子表面對(duì)入射光的展寬值便可通過(guò)對(duì)式(5)中的反 射光信號(hào)Pr(t)的脈寬進(jìn)行計(jì)算得出。當(dāng)入射光脈寬為20ns時(shí)，對(duì)于不同夾角α，由于目標(biāo)表 面傾斜對(duì)入射光脈寬的脈寬展寬結(jié)果如圖6所示，可知脈沖的展寬值隨著夾角α的增大而增 大，并且隨著目標(biāo)距離R的增大也增大。
[0066] 通常每一個(gè)子表面與視點(diǎn)的距離和表面坡度均是不同的，因此每一個(gè)光學(xué)回波生 成通道的延時(shí)和脈寬均需要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定。
[0067] 本實(shí)用新型實(shí)施例中光源驅(qū)動(dòng)裝置的電路組成示意圖如圖7所示。光源驅(qū)動(dòng)裝置 由M0SFE巧區(qū)動(dòng)忍片MAX5048C，M0SFET晶體管IRLML2030,電阻31、1?2、1?3、1?4，電容(：1、〔2、〔3， 電源VCC和輸入信號(hào)Si即al組成。上述Κ1 = 0Ω，Κ2 = 0Ω，Κ3 = 6.2Ω，Κ4 = 51Ω，Cl = 10yF， C2 =化F，C3 = 0.化F，電源VCC = 5V，光源為1064nm的脈沖發(fā)光二極管。
[0068] 本實(shí)用新型在如圖2所示的工作時(shí)序下，根據(jù)目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)和同步信號(hào)生成光學(xué) 回波信號(hào)。假設(shè)在實(shí)時(shí)仿真使用的目標(biāo)模型如圖8所示，模型為一個(gè)階梯，在X方向上長(zhǎng)度為 16m，Z方向上高度為10m。階梯共有10個(gè)子階梯，每一個(gè)子階梯的在Z方向上的高度為Im，在Y 方向上的寬度為1.5111。目標(biāo)的中屯、點(diǎn)坐標(biāo)為(〇111，100〇111，〇111)，視點(diǎn)坐標(biāo)為（〇111，〇111，5111)。通過(guò) 目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)根據(jù)上述提及的數(shù)據(jù)生成方法來(lái)生成脈沖的延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬數(shù)據(jù)。通 過(guò)補(bǔ)償后進(jìn)行測(cè)量，得到的目標(biāo)距離圖像和仿真距離誤差如圖9所示。其中，圖9(b)表示的 每一個(gè)光學(xué)回波信號(hào)生成通道的仿真距離誤差，即測(cè)量結(jié)果與實(shí)際設(shè)置值之差。通過(guò)測(cè)量， 本實(shí)用新型在時(shí)鐘系統(tǒng)頻率為144MHz，同步信號(hào)頻率為lOKHz時(shí)，可模擬的距離范圍為0km 至Ijl化m，距離分辨率為1.04m，可模擬光學(xué)回波信號(hào)的通道數(shù)為108個(gè)，距離抖動(dòng)誤差為 1.28cm，各個(gè)通道之間的測(cè)量峰谷值為15cm。
[0069]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員和研究人員可W對(duì)本實(shí)用新型的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波 信號(hào)模擬器裝置進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。運(yùn)樣，倘若本實(shí) 用新型的運(yùn)些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型 也意圖包含運(yùn)些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置，其特征在于:包括反射內(nèi)存卡、目標(biāo)場(chǎng)景生 成計(jì)算機(jī)、同步信號(hào)接收裝置、信號(hào)分配裝置、回波信號(hào)生成裝置、光源驅(qū)動(dòng)裝置和光源陣 列，其中： 1) 目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)通過(guò)反射內(nèi)存卡實(shí)時(shí)接收目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)，并生成延時(shí)數(shù)據(jù)和脈 寬數(shù)據(jù)； 2) 同步信號(hào)接收裝置將同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為觸發(fā)信號(hào)； 3) 信號(hào)分配裝置將外部時(shí)鐘信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)分別送至目標(biāo)場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)和回波信 號(hào)生成裝置； 4) 回波信號(hào)生成裝置在觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)之下，根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)緩存中的延時(shí)數(shù)據(jù)和脈寬 數(shù)據(jù)對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和展寬，生成多路回波電信號(hào)； 5) 光源驅(qū)動(dòng)裝置將回波電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 6) 光源陣列在光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下生成多路光學(xué)回波信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置，其特征在于:所述的 回波信號(hào)生成裝置使用邏輯編程器件FPGA或者CPLD編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的模塊包括脈沖延時(shí) 計(jì)數(shù)器、延時(shí)比較器、脈沖展寬計(jì)數(shù)器、展寬比較器、I/O模塊、DRAM。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置，其特征在于:激光成 像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置使用LED陣列作為光源陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué)回波信號(hào)的物理顯 示，也可以使用LD陣列或者激光器陣列來(lái)作為光源陣列。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)模擬器裝置，其特征在于:光源陣 列的組成方式采用I XN的線陣的方式或采用MXN的面陣的方式。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK205484782SQ201620269942
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】李卓, 徐銳, 王欣, 施蕊
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)