条纹管激光成像雷达成像海表面波探测潜艇的技术研究

潜艇是海军的重要作战力量，具有很强的攻击性和隐蔽性。为防止国外潜艇潜入我国近海领域，研究先进的探潜技术是十分重要的。现有的探潜技术都有其不可克服的缺点，因此目前还没有一种切实有效的探潜技术。本文借鉴了合成孔径雷达通过遥感海洋表面波达到探潜目的的方案，在国际上首次提出使用条纹管激光成像雷达直接成像海洋表面波，通过分析四维海表面波图像（三维距离像+一维强度像）的分布异常情况，从而实现探潜的技术方案。本项目研究激光成像海表面波的机理，将广泛应用的双尺度波模型作为研究对象，分析激光与模型相互作用过程；提出改进条纹管激光距离分辨率的方案；研究大视场激光雷达方程及复杂背景下数据处理技术。本项目是一种全新的探潜技术思路，有可能准确地分析海面粗糙程度的变化，具有较高的探潜概率。本项目也可与合成孔径雷达复合使用，成为一种高效的探潜。

探测潜艇一直是世界各军事强国积极探索发展的技术，它能有效防卫本国海洋领土安全。潜艇水动力尾迹探测被认为是未来探潜的可行性技术之一，目前的探测方式主要是合成孔径雷达（SAR），但因受传感器性能限制，不能获得高分辨海表面波图像，影响探测概率。有鉴于此，提出采用条纹管激光成像雷达高分辨成像海表面波，通过分析海平面小尺度波变化，达到探测潜艇的目的。经过三年研究，系统集成了一套大视场高分辨条纹管激光成像雷达，能自动实时采集海表面波图像数据，在45°视场条件下，最远可获得近1km目标图像；以双向反射分布函数为核心，推导了面阵焦平面激光雷达距离方程，对其中的目标反射特性进行实验分析，并对建立的仿真程序进行置信度验证；对潜艇尾流与海洋内波相互作用进行仿真研究，建立潜艇模型，并生成尾流数据，获得尾流海面映波，并对影响映面波的参数进行仿真分析，结果表明，在海况良好条件下，近海面的潜艇水动力尾迹较为明显；研究了激光成像海表面波光场强度分布，获得入射角与反射特性之间的对应关系，并进行了实验验证；研究了激光图像数据处理算法，提出Hough变换法进行图像四维像重构，可提高目标距离分辨率，采用形态学滤波算法处理海表面波强度像，增强不同尺度波浪的粗糙度，提高尾流探测概率，研究目标距离像匹配识别算法，利用三维空间结构对目标进行外形索引区域匹配，提高匹配率；建立一套室内水池激光成像平台，能够完成推扫成像，获得不同尺度波浪的激光四维像，为理论验证提供可靠的实验数据。通过上述研究，初步探索了激光高分辨成像海表面波实现探测潜艇的技术，仿真研究了潜艇尾流海面映波及参数影响分析，系统集成了一套条纹管激光成像雷达装置，并完成了室内外海表面波成像实验，对造流泵映面波和舰船尾流进行了数据处理及实验分析，为深入研究激光成像潜艇水动力尾迹奠定理论和实验基础。