一种单光子激光雷达回波光子数概率分布模型的构建方法及系统

本发明涉及激光雷达，特别涉及一种单光子激光雷达回波光子数概率分布模型的构建方法及系统。

背景技术：

1、为了更好地规划运行轨迹，避免发生碰撞，航天器在轨任务中，需要对空间碎片、非合作航天器进行测距及轨迹测量。现有航天器中通常设置有atp系统对目标进行捕获、瞄准及跟踪，所述atp系统包括单光子激光雷达以及单光子接收支路，在瞄准、跟踪阶段，所述单光子激光雷达向目标发射激光，然后通过所述单光子接收支路接收回波光子，并通过lidar方程确定回波光子数，进而确定目标距离。

2、然而，现有技术中，通常将跟踪与指向误差视为固定偏置或确定性误差，未考虑指向误差服从统计分布，忽略了atp指向误差的随机性。同时，传统光子lidar方程并未引入指向误差与光斑分布的耦合影响，易导致光斑空间模式劣变、回波光子数估计误差大、系统性能评估失真。此外，现有技术多采用单脉冲或直接阈值方法提取信号，其对于弱信号提取的稳定性差，在高噪声、低信噪比条件下，易将噪声误判为信号。

技术实现思路

1、针对现有技术中的部分或全部问题，为了解决现有模型无法反映真实指向误差统计特性、回波光子数估计误差大的问题，本发明第一方面提供一种单光子激光雷达回波光子数概率分布模型的构建方法，包括：

2、基于跟踪过程中的跟瞄误差、远距离激光光斑分布状况，确定统计衰减因子；

3、基于所述统计衰减因子，构建回波光子数的概率分布模型。

4、进一步地，通过概率分布模型表征所述跟瞄误差。

5、进一步地，所述跟瞄误差的概率分布模型通过如下步骤构建得到：

6、采集atp系统跟踪过程中的实时抖动数据；

7、将所述实时抖动数据代入rice分布模型，以生成瞄准偏差角概率密度函数。

8、进一步地，通过空间分布函数表征所述远距离激光光斑分布状况。

9、进一步地，采用均匀光斑分布函数、高斯光斑分布函数以及非理想非均匀光斑分布函数表征所述远距离激光光斑分布状况。

10、进一步地，所述统计衰减因子基于所述跟瞄误差的概率分布模型及所述远距离激光光斑的空间分布函数，通过概率积分得到。

11、进一步地，所述统计衰减因子通过如下步骤确定：

12、确定激光发射波长与光束发散角；

13、基于所述跟瞄误差的概率分布模型与所述远距离激光光斑的空间分布函数执行卷积运算；

14、提取卷积结果中的均值项作为统计衰减因子。

15、进一步地，将所述统计衰减因子引入光子雷达方程，得到所述回波光子数的概率分布模型，其中所述光子雷达方程的输入端配置有光子能量参数与目标反射率参数。

16、基于如前所述的构建方法，本发明第二方面提供一种单光子激光雷达回波光子数概率分布模型的构建系统，包括：

17、跟瞄误差建模模块，其用于将跟踪过程中的跟瞄误差转换为概率分布模型，以表征瞄准偏差角的统计特性；

18、光斑空间表征模块，其用于描述远距离激光光斑分布状况；

19、衰减因子计算模块，其耦接于所述跟瞄误差建模模块及光斑空间表征模块，且用于基于跟踪过程中的跟瞄误差、远距离激光光斑分布状况，确定统计衰减因子；

20、回波光子数建模模块，其连接至所述衰减因子计算模块，且用于基于所述统计衰减因子，构建回波光子数的概率分布模型。

21、基于如前所述的构建方法，本发明第三方面提供一种单光子激光雷达回波光子数的估计方法，包括：

22、通过如前所述的构建方法构建单光子激光雷达回波光子数概率分布模型；

23、基于光斑模式、atp系统的跟瞄精度，通过所述单光子激光雷达回波光子数概率分布模型估计单光子激光雷达回波光子数。

24、基于如前所述的估计方法，本发明第四方面提供一种基于单光子激光雷达的测距方法，包括：

25、向目标发射激光；

26、通过如前所述的估计方法，估计单光子激光雷达回波光子数；

27、基于所述估计单光子激光雷达回波光子数，确定目标距离。

28、本发明提供的一种单光子激光雷达回波光子数概率分布模型的构建方法及系统，引入atp指向误差概率分布模型修正光子lidar方程，为后续弱信号处理算法提供物理一致的输入模型，能够准确描述atp系统指向误差与激光光斑非均匀分布对回波光子数影响，进而提升回波光子数的估计精度。

1.一种单光子激光雷达回波光子数概率分布模型的构建方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，通过概率分布模型表征所述跟瞄误差。

3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述跟瞄误差的概率分布模型通过如下步骤构建得到：

4.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，通过空间分布函数表征所述远距离激光光斑分布状况。

5.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，采用均匀光斑分布函数、高斯光斑分布函数以及非理想非均匀光斑分布函数表征所述远距离激光光斑分布状况。

6.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述统计衰减因子基于所述跟瞄误差的概率分布模型及所述远距离激光光斑的空间分布函数，通过概率积分得到。

7.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述统计衰减因子通过如下步骤确定：

8.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，将所述统计衰减因子引入光子雷达方程，得到所述回波光子数的概率分布模型，其中所述光子雷达方程的输入端配置有光子能量参数与目标反射率参数。

9.一种单光子激光雷达回波光子数概率分布模型的构建系统，其特征在于，被配置为执行如权利要求1至8任一所述的构建方法，且包括：

10.一种单光子激光雷达回波光子数的估计方法，其特征在于，包括：