條紋管雷射成像雷達成像海表面波探測潛艇的技術研究

《條紋管雷射成像雷達成像海表面波探測潛艇的技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由孫劍峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：條紋管雷射成像雷達成像海表面波探測潛艇的技術研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫劍峰

項目摘要

潛艇是海軍的重要作戰力量，具有很強的攻擊性和隱蔽性。為防止國外潛艇潛入我國近海領域，研究先進的探潛技術是十分重要的。現有的探潛技術都有其不可克服的缺點，因此目前還沒有一種切實有效的探潛技術。本文借鑑了合成孔徑雷達通過遙感海洋表面波達到探潛目的的方案，在國際上首次提出使用條紋管雷射成像雷達直接成像海洋表面波，通過分析四維海表面波圖像（三維距離像+一維強度像）的分布異常情況，從而實現探潛的技術方案。本項目研究雷射成像海表面波的機理，將廣泛套用的雙尺度波模型作為研究對象，分析雷射與模型相互作用過程；提出改進條紋管雷射距離解析度的方案；研究大視場雷射雷達方程及複雜背景下數據處理技術。本項目是一種全新的探潛技術思路，有可能準確地分析海面粗糙程度的變化，具有較高的探潛機率。本項目也可與合成孔徑雷達複合使用，成為一種高效的探潛。

結題摘要

探測潛艇一直是世界各軍事強國積極探索發展的技術，它能有效防衛本國海洋領土安全。潛艇水動力尾跡探測被認為是未來探潛的可行性技術之一，目前的探測方式主要是合成孔徑雷達（SAR），但因受感測器性能限制，不能獲得高分辨海表面波圖像，影響探測機率。有鑒於此，提出採用條紋管雷射成像雷達高分辨成像海表面波，通過分析海平面小尺度波變化，達到探測潛艇的目的。經過三年研究，系統集成了一套大視場高分辨條紋管雷射成像雷達，能自動實時採集海表面波圖像數據，在45°視場條件下，最遠可獲得近1km目標圖像；以雙向反射分布函式為核心，推導了面陣焦平面雷射雷達距離方程，對其中的目標反射特性進行實驗分析，並對建立的仿真程式進行置信度驗證；對潛艇尾流與海洋內波相互作用進行仿真研究，建立潛艇模型，並生成尾流數據，獲得尾流海面映波，並對影響映面波的參數進行仿真分析，結果表明，在海況良好條件下，近海面的潛艇水動力尾跡較為明顯；研究了雷射成像海表面波光場強度分布，獲得入射角與反射特性之間的對應關係，並進行了實驗驗證；研究了雷射圖像數據處理算法，提出Hough變換法進行圖像四維像重構，可提高目標距離解析度，採用形態學濾波算法處理海表面波強度像，增強不同尺度波浪的粗糙度，提高尾流探測機率，研究目標距離像匹配識別算法，利用三維空間結構對目標進行外形索引區域匹配，提高匹配率；建立一套室內水池雷射成像平台，能夠完成推掃成像，獲得不同尺度波浪的雷射四維像，為理論驗證提供可靠的實驗數據。通過上述研究，初步探索了雷射高分辨成像海表面波實現探測潛艇的技術，仿真研究了潛艇尾流海面映波及參數影響分析，系統集成了一套條紋管雷射成像雷達裝置，並完成了室內外海表面波成像實驗，對造流泵映面波和艦船尾流進行了數據處理及實驗分析，為深入研究雷射成像潛艇水動力尾跡奠定理論和實驗基礎。