基于激光脉冲后向散射的水中目标尾迹探测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于激光脉冲后向散射的水中目标尾迹探测系统及方法。该探测系统包括：激光脉冲发射装置、后向散射信号检测装置和信号处理装置。该方法是将探测系统置于水中，激光器脉冲发射装置向水中发射线偏振激光脉冲；后向散射信号检测装置对激光脉冲后向散射信号进行探测；信号处理装置对后向散射信号检测装置的输出信号进行实时处理，实现对目标尾迹的检测。其检测过程为：1.多次实验测量激光脉冲后向散射信号，确定目标尾迹判断标准；2.在实际水域中对激光脉冲后向散射信号进行测量并与判断标准比较，判断目标尾迹是否存在。本发明具实用性强、可靠性高、探测距离远、抗干扰能力强的优点，可用于对水中动态目标的实时探测。

主权项

一种基于激光脉冲后向散射的水中目标尾迹探测方法，所述方法采用一种基于激光脉冲后向散射的水中目标尾迹探测系统，所述系统包括：激光脉冲发射装置、后向散射信号检测装置和信号处理装置；该激光脉冲发射装置用于向水中发射线偏振激光脉冲；该后向散射信号检测装置，与激光脉冲发射装置平行放置，用于探测水中激光脉冲的后向散射信号，并将后向散射信号传输给信号处理装置；该信号处理装置，连接在后向散射信号检测装置的后侧，对接收到的后向散射信号进行实时处理，将处理结果与通过实验确定的目标尾迹判断标准相比较，判断目标尾迹是否存在，并将此判断结果传输给后续部件；所述激光脉冲发射装置，由激光器和起偏器组成，激光器发射单一方向的激光脉冲，起偏器紧贴激光器出射口，将出射激光脉冲变为线偏振激光脉冲；所述后向散射信号检测装置，由检偏器和光电探测器组成，检偏器对激光脉冲后向散射光进行偏振滤除，光电探测器紧贴检偏器，将后向散射光信号转换为电压信号；所述信号处理装置包括：CPLD时序产生器和DSP处理器，CPLD时序产生器产生激光器、光电探测器和DSP处理器所需的时钟信号，DSP处理器实时处理激光脉冲后向散射信号，得到激光脉冲后向散射信号脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值的偏差绝对值，并通过将这些特征参数统计平均值的偏差绝对值与通过实验确定的目标尾迹判断标准相比较，判断水中目标尾迹的存在与否；所述方法包括以下步骤：(1)在实验室环境中，将检偏器检偏方向与起偏器起偏方向置于垂直状态，用光电探测器分别采集激光器发出的激光脉冲在静水、水中有气泡和水中有紊流时的后向散射信号；(2)对采集到的后向散射信号进行实时处理，分别得到静水、水中有气泡、水中有紊流时激光脉冲后向散射信号的脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值，并存储静水时这些特征参数的统计平均值；(3)以静水时的脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值为基准，分别计算水中有气泡和水中有紊流时的脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值相对于基准的偏差绝对值；(4)分别比较水中有气泡和水中有紊流时的脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值的偏差绝对值大小，并分别将其中较小的偏差绝对值作为脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数阈值，并将这些特征参数阈值作为判断目标尾迹是否存在的判断标准；(5)在实际水域中，将检偏器检偏方向与起偏器起偏方向置于垂直状态，用光电探测器采集实际水域中的激光脉冲后向散射信号；(6)对采集到的后向散射信号进行实时处理，得到实际水域中激光脉冲后向散射信号的脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值；(7)计算实际水域中的脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值相对于基准的偏差绝对值；(8)根据偏差绝对值判定目标尾迹是否存在：若激光脉冲后向散射信号的脉冲前沿位置、脉冲宽度、脉冲峰值、脉冲面积和脉冲形状的特征参数统计平均值的偏差绝对值，都大于实验得到的这些特征参数各自对应的特征参数阈值，则目标尾迹存在，否则目标尾迹不存在。