Реферат 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Моделирование параметров лидарного сигнала для различных характеристик 5
атмосферы и цели
1.1. Модель обратно рассеянного сигнала в приближении однократного рассеяния 5
1.2. Модель лидарного канала 10
1.3. Влияние шумов различной природы на характеристики лидарного отклика 12
2. Математическая модель эхо - импульса лидара ближнего радиуса действия
отраженного от наклонной поверхности 19
3. Примеры реализации эхо - импульсов для различных параметров лидара, атмосферы
и поверхности цели 25
4. Методы восстановления коэффициента ослабления атмосферного аэрозоля из эхо -
импульса 38
4.1. Обзор методов восстановления 38
4.2. Модификация метода интегрального накопления для расчёта коэффициента
ослабления аэрозоля 42
4.3. Методика восстановление коэффициента ослабления аэрозоля методом
интегрального накопления с опорной точкой 44
4.4. Методика восстановления коэффициента ослабление через определение
коэффициента обратного рассеяния в опорной точке 50
4.5 Восстановление прозрачности атмосферы на трассе лидар - объект по эхо - импульсу отраженному атмосферой 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ 61
Современные лазерные оптико-электронные устройства обнаружения и определения дальности - лидары широко используется в гражданских целях, особенно в области высокотехнологичных роботизированных систем машинного зрения, в том числе в системах адаптивного круиз контроля для управления беспилотными транспортными средствами.
Работа лидаров проходит в условиях, когда на приёмное устройство отраженный импульс излучения от источника поступает ослабленным и видоизменённым в результате влияния параметров атмосферы и оптических свойств отражающей поверхности. Учёт взаимодействия импульса излучения, атмосферы и отражающей поверхности обуславливает выполнение важнейших требований к лидару, таким, как дальность действия и помехозащищённость.
В реальных атмосферных условиях аэрозоли, таких как дымка, туман, осадки, пыль вызывают затухание энергии лазерного импульса, что приводит к снижению отношения сигнал/шум, а также являются причиной ложного срабатывания лидара, причиной которого является сигнал обратного рассеяния от атмосферного аэрозоля. Проблема обратного рассеяния является наиболее серьезной проблемой при использовании лидаров на малом расстоянии. Особенно интенсивные обратные эхо- сигналы возникают, в условиях плотного тумана, интенсивных осадков, дыма, сильной запыленности и других помех. Ложные сигналы, вызванные помехой обратного рассеяния, могут привести к неправильной оценке положения цели и ложному срабатыванию. Это является проблемой, которая ограничивает разработку и применение лидаров ближнего радиуса действия.
В дипломной работе были намечены пути решения данной проблемы, через оценку различия в характере сигналов, отраженных от цели и от атмосферного аэрозоля. В первом разделе рассматриваются вопросы, связанные с моделированием лидарного канала, а именно особенности решения лидарного уравнения для различных параметров атмосферы, уравнения для лидарного отклика от твердой цели в зависимости от ее параметров т.к. альбедо и индикатриса отражения и вопросы, связанные с вероятностью обнаружения лидарного сигнала, во втором разделе решается задача связанная с уширением эхо - импульса лидара ближнего радиуса действия, отраженного от наклонной поверхности. В третьем разделе приведены примеры реализации эхо - импульсов для различных параметров лидара, атмосферы и поверхности цели. В четвертом разделе приведен обзор методов восстановления коэффициента ослабления атмосферного аэрозоля из эхо - импульса и предложена собственная методика восстановления коэффициента ослабление атмосферы через определение коэффициента обратного рассеяния в опорной точке.
Целью исследования является создание симулятора лидара с задаваемыми параметрами приемо-передающей оптики, детектора, лазерного излучателя, атмосферными и фоновыми условиями. В рамках ВКР были выполнены следующие задачи:
1. Разработан программный симулятор лидара на языке Matlab, который включает в себя следующие алгоритмы: алгоритм расчета коэффициентов ослабления и рассеяния аэрозоль-капельных образований атмосферы, алгоритмы расчета формирования отраженного сигнала лидара от атмосферы и объектов.
2. Разработан метод и алгоритм для решения обратной задачи восстановления пропускания атмосферы на трассе распространения импульса излучения атмосфера- объект-атмосфера-приемник через определение ее оптических параметров по характеристикам эхо - импульса лидара в опорной точке.
При восстановлении отражательной способности поверхности цели из лидарного эхо - импульса возникают множество различных проблем, основными из которых являются две: первая проблема, как из параметров эхо - импульса извлечь информацию об оптических параметрах атмосферы, а именно прозрачность на трассе распространения сигнала и вторая проблема, как наклон отражающей поверхности цели влияет на уширение отраженного от объекта эхо - импульса. За время работы по дипломному проекту я постарался найти пути решения и дать практические рекомендации для решения этих двух проблем.
В ходе проведенного мной исследования были полученные следующие результаты:
1. Создана одна из возможных математических моделей и алгоритм реализации эхо- сигнала лидара ближнего радиуса действия. При этом данная модель учитывает деформацию формы отраженного импульса при различных углах падения лазерного луча на цель. Были учтены основные факторы при различных геометрических схемах зондирования, в том числе искажение формы отраженного луча при касательном падении луча на цель.
2. На базе интегрального метода восстановления профиля коэффициента ослабления атмосферы предложена собственная методика и создан алгоритм для восстановления профиля коэффициента ослабления атмосферы, а, следовательно, и прозрачности атмосферного канала через определение коэффициента обратного рассеяния в опорной точке.
3. Создан симулятор лидара на языке Matlab со следующими входными параметрами: Длина волны, ширина импульса, требуемая вероятность обнаружения, допустимая вероятность ложной тревоги, время повторения импульсов, диаметр линзы приемника, коэффициент потерь оптики, коэффициент атмосферных потерь, отражательная способность объекта, параметры атмосферы, темновой ток фотодиода, чувствительность фотодиода и др.
