CN113702989A - 一种激光测距询问一体化目标识别方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光测距询问一体化目标识别方法和装置，属于目标识别技术领域，解决了现有目标识别设备方位/距离分辨率较差的问题。本发明的激光测距询问一体化目标识别装置，包括目标探测设备和目标传感设备，所述目标探测设备能够发射激光测距脉冲序列信号、接收激光回波脉冲序列信号、发射激光询问脉冲序列信号以及接收无线电应答信号；所述目标传感设备能够接收激光询问脉冲序列信号和发射无线电应答信号。本发明的目标识别装置采用激光回波测距和激光与无线电协作式二次雷达测距两种测距方法，并将测距结果进行匹配，能够实现高精度的距离分辨率。

Description

一种激光测距询问一体化目标识别方法和装置

技术领域

本发明涉及目标识别技术领域，尤其涉及一种激光测距询问一体化目标识别方法和装置。

背景技术

目标识别技术是利用雷达对远距离目标进行探测和信息获取，并结合后端计算进行身份辨认的技术。现代雷达(包含热雷达和激光雷达)依据其工作方式可分为一次雷达和二次雷达，一次雷达利用回波信号完成对目标特征的探测和分析，二次雷达以协作式通信方式完成对目标的信息获取。目标识别技术主要应用于空间探测、微波遥感、资源勘探、无人驾驶和国防等领域。

传统领域目标识别技术主要应用于空中、海上以及地面的中大型目标，其对目标的方位/距离分辨率一般超过50m，无法应用于小型、密级型目标识别领域，如对地面人员类型目标识别，其方位分辨率需要达到1°，距离分辨率一般要优于10m。此外对于小型、密集型目标，其识别装置的小型化、低功耗、低成本要求更高，传统领域的目标识别系统和装置无法达到精确目标识别要求。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种激光测距询问一体化目标识别方法和装置，以解决现有目标识别设备方位/距离分辨率较差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种激光测距询问一体化目标识别装置，包括目标探测设备和目标传感设备，所述目标探测设备能够发射激光测距脉冲序列信号、接收激光回波脉冲序列信号、发射激光询问脉冲序列信号以及接收无线电应答信号；所述目标传感设备能够接收激光询问脉冲序列信号和发射无线电应答信号。

进一步地，所述目标探测设备包括激光发射模块和第一激光接收模块，所述激光发射模块能够发射激光脉冲信号，所述激光脉冲信号包括所述激光测距脉冲序列信号和所述激光询问脉冲序列信号；所述第一激光接收模块能够接收所述激光回波脉冲序列信号。

进一步地，所述激光发射模块包括第一信息处理单元、发射驱动单元、激光器和光学发射结构，所述第一信息处理单元通过控制发射驱动单元驱动激光器输出所述激光测距脉冲序列信号和所述激光询问脉冲序列信号，并通过所述光学发射结构辐射出去。

进一步地，所述第一激光接收模块包括第一光窗和第一光电探测器，所述激光回波脉冲序列信号能够经过所述第一光窗进入所述第一光电探测器。

进一步地，所述目标探测设备还包括无线电接收模块，所述无线电接收模块能够接收所述无线电应答信号。

进一步地，所述目标传感设备包括第二激光接收模块和无线电发射模块，所述第二激光接收模块能够接收激光询问脉冲序列信号，所述无线电发射模块能够发射无线电应答信号。

一种激光测距询问一体化目标识别方法，使用上述技术方案所述的目标识别装置，包括以下步骤：

步骤1、目标探测设备发射激光脉冲信号；

步骤2、目标传感设备接收激光脉冲信号，处理后发出无线电应答信号；

步骤3、目标探测设备接收激光回波脉冲序列信号；

步骤4、目标探测设备接收目标传感设备发出的无线电应答信号；

步骤5、目标探测设备上报识别结果，完成识别过程。

进一步地，步骤2中，目标体接收到激光测距脉冲信号后直接将激光测距脉冲信号反射回目标探测设备。

进一步地，步骤3中，目标探测设备能够接收目标体反射的激光测距回波脉冲序列，根据目标探测设备发出的激光测距脉冲信号和收到的激光测距回波脉冲序列的时间差值计算出目标距离1。

进一步地，步骤4中，目标探测设备能够接收无线电应答信号，并解码获取目标身份信息。

本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明的激光测距询问一体化目标识别方法和装置，目标识别装置采用激光回波测距和激光与无线电协作式二次雷达测距两种测距方法，并将测距结果进行匹配，能够实现高精度的距离分辨率。

(2)本发明的激光测距询问一体化目标识别方法和装置，采用了激光与无线电两种技术体制协作式方式实现目标识别功能，利用激光信号指向精准特性实现高精度的方位分辨率，并利用无线电信号良好的覆盖范围解决应答信号全向覆盖问题，在实际应用场景中能够实现精准、可靠的目标识别功能。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的目标探测设备的原理框图；

图2为本发明实施例的目标传感设备的原理框图；

图3为本发明实施例的目标方位分辨示意图；

图4为本发明实施例的目标距离分辨示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

本发明的一个实施例，如图1至图4所示，公开了一种激光测距询问一体化目标识别装置(以下简称为“目标识别装置”)，包括目标探测设备和目标传感设备，目标探测设备配置给“识别方(操作者)”使用，目标传感设备配置给“被识别方(目标体)”使用。识别方能够通过目标探测设备对目标体和目标传感设备进行识别，进而判定被识别方的身份。

本实施例中，目标探测设备能够发射激光测距脉冲序列信号、接收激光回波脉冲序列信号、发射激光询问脉冲序列信号以及接收无线电应答信号；目标传感设备能够接收激光询问脉冲序列信号和发射无线电应答信号。

图1示出了本实施例的目标探测设备的原理框图，目标探测设备包括激光发射模块和第一激光接收模块。激光发射模块能够发射激光脉冲信号，激光脉冲信号包括激光测距脉冲序列信号和激光询问脉冲序列信号。第一激光接收模块能够接收激光回波脉冲序列信号。

具体地，激光发射模块包括第一信息处理单元、发射驱动单元、激光器和光学发射结构。第一信息处理单元通过控制发射驱动单元驱动激光器输出激光脉冲信号，改变控制信号波形以形成不同编码规则及不同频率的激光脉冲序列信号，以产生激光测距脉冲序列信号和激光询问脉冲序列信号，并通过光学发射结构辐射出去。

本实施例中，目标探测设备发出的激光测距信号束散角约为0.4-0.5mrad，例如，0.42mrad、0.45mrad、0.48mrad，激光询问信号束散角为5-10mrad(约为0.28-0.57°)，例如，6mrad，7mrad，8mrad，9mrad。因此，目标探测设备的目标分辨率主要由激光询问信号束散角决定。

第一激光接收模块包括第一光窗、第一光电探测器和第一信息处理单元，其中第一信息处理单元与激光发射模块的第一信息处理单元为同一个信息处理单元。激光发射模块发出的激光测距脉冲序列信号遇到目标体后，目标体将激光测距脉冲序列信号反射回目标探测设备，反射回的激光测距脉冲序列信号经第一光窗进入第一光电探测器，第一光电探测器能够通过光电转换、跨阻放大以及滤波整形电路将光脉冲信号转化为电脉冲信号，第一信息处理单元可接收此电脉冲信号，依据发出的测距脉冲和收到的测距脉冲的时间差值计算出目标距离。

本实施例中，目标探测设备还包括无线电接收模块，用于接收无线电应答信号，无线电接收模块包括第一天线和射频接收单元。

具体地，激光发射模块发出的激光询问脉冲序列信号经过目标传感设备处理后，目标传感设备发出无线电应答信号。第一天线和射频接收单元能够接收无线电应答信号，并将无线电应答信号转化为中频信号，经第一信息处理单元模数转换、数字下变频以及基带处理，能够解析出信号承载的应答信息。

本实施例中，目标探测设备还包括第一供电单元，第一供电单元分别与发射驱动单元、第一信息处理单元和射频接收单元连接，用于对激光发射模块、激光接收模块和无线电接收模块供电。

目标传感设备原理框图如图2所示。具体地，目标传感设备包括第二激光接收模块和无线电发射模块，第二激光接收模块用于接收激光询问脉冲序列信号，无线电发射模块用于发射无线电应答信号。

具体地，第二激光接收模块包括第二信息处理单元、第二光电探测器和第二光窗。激光询问脉冲序列信号经第二光窗进入目标传感设备的第二光电探测器中，可经光电转换、跨阻放大以及滤波整形电路将光脉冲信号转化为电脉冲信号，第二信息处理单元可接收此电脉冲信号，解析并判定其携带信息。

无线电发射模块包括第二信息处理单元、射频发射单元和第二天线，其中第二信息处理单元与第二激光接收模块中的第二信息处理单元为同一信息处理单元。第二信息处理单元可通过数字基带调制、数模转换产生发射中频信号，经射频发射单元变频放大和第二天线辐射发射无线电应答信号。

本实施例中，目标传感设备还包括第二供电单元，第二供电单元分别与第二信息处理单元和射频发射单元连接，用于对第二激光接收模块和无线电发射模块供电。

本发明采用了激光与无线电两种技术体制协作式方式实现目标识别功能，利用激光信号指向精准的特性实现高精度的方位分辨率，并利用无线电信号良好的覆盖范围解决应答信号全向覆盖问题，在实际应用场景中能够实现精准、可靠的目标识别功能。

实施例2

本发明的一个实施例，公开了一种激光测距询问一体化目标识别方法(以下简称为“目标设备方法”)，目标识别方法采用实施例1的目标识别装置，具体包括以下步骤：

步骤1、目标探测设备发射激光脉冲信号：

具体地，操作者借助瞄准具将目标探测设备对准远处目标体，通过按键触发发出激光测距脉冲序列信号和激光询问脉冲序列信号，激光测距脉冲序列信号和激光询问脉冲序列信号的频率和编码方式不同，测距脉冲序列可以采用等间距脉冲编码，激光询问脉冲序列具备较大的编码量以便于进行信息加密。

步骤2、目标传感设备接收激光脉冲信号，处理后发出无线电应答信号：

具体地，目标体装载目标传感设备，目标传感设备接收到有效的(符合编码规律的)激光询问脉冲序列后，首先依据编码格式解析并判定该组信号是否为合格编码信号，如为合格编码则提取出该编码信息。随后目标体将自己的身份信息(即身份ID)以无线电扩频通信方式进行编码发射，并通过第二天线辐射出去，如需要，可采取信源密钥加密，信道时分、码分、频分等加密方式进行加密传输。

同时，目标体接收到激光测距脉冲信号后直接将激光测距脉冲信号反射回目标探测设备。

本实施例中，目标探测设备发出的激光测距信号束散角约为：0.4-0.5mrad，激光询问信号束散角为：5-10mrad(约为0.28～0.57°),因此目标探测设备的目标方位分辨率主要由激光询问束散角决定。如图3所示，目标探测设备激光询问光束对准目标体A照射，目标体A及目标体A携带的目标传感设备能够被触发应答，而处于光束有效光强范围外的目标体B和目标体C携带的目标传感设备不能接收到有效的激光询问信号，不会被触发应答，从而目标探测设备能够准确获取目标体A的信息，且能将目标体B和目标体C区分开。考虑到目标探测识别与瞄准具同轴安装存在一定的精度误差(一般≤0.5°)，因此本目标精确识别系统的目标方位分辨率约为1°。

步骤3、目标探测设备接收激光回波脉冲序列信号：

操作者使用的目标探测设备能够接收目标体反射的激光测距回波脉冲序列，依据目标探测设备发出的激光测距脉冲信号和收到的激光测距回波脉冲序列的时间差值计算出目标距离1。

步骤4、目标探测设备接收目标传感设备发出的无线电应答信号：

操作者使用的目标探测设备能够接收无线电应答信号，并解码获取目标身份信息，如果在系统规定的时间窗内接收到了有效的(符合编码规律的)无线电应答信号，则可以提取目标身份信息，通过二次雷达协作式测距原理计算出目标距离2，并将目标距离1与目标距离2进行距离匹配，即计算目标距离1与目标距离2的差值，将差值与匹配精度(匹配精度通常由两种距离最大计算误差和决定)进行比较，如差值小于匹配精度则认为匹配成功，否则不成功，依此可确保测距目标与识别目标为同一目标；如果在系统规定的时间窗内没有接收到无线电应答信号或解码不正确，则可判定该目标不具备编制身份(编制身份为目标体身份ID，可通过ID码约定该目标体隶属于某某团体、某某队列、某某序号)。

目标探测设备通过激光测距脉冲和回波脉冲计算得出的目标距离1精度优于1m，而通过激光询问脉冲和无线电应答信号依据二次雷达工作原理计算得出的目标距离2精度优于5m，因此目标距离1和目标距离2的匹配精度优于6m。如图4所示，目标探测设备对准一条线上的目标体A、目标体B和目标体C三个目标体进行询问信号照射，三个目标体携带的目标传感设备都能够进行应答，通过计算可以得出三个目标距离2(类型为二次雷达测距)，而目标探测设备能够精准对目标体A进行独立测距，得出目标距离1，依据目标距离1筛选三组目标距离2，就能够区分出目标体A，从而获取A的信息。

步骤5、目标探测设备上报识别结果，完成识别过程：

目标探测设备将识别结果上报显示给操作者，如果识别出具备编制身份的目标，则上报结果中同时给出目标身份信息和距离信息，完成整个识别过程。

本发明实施例提供的一种激光测距询问一体化目标识别方法和装置，目标识别装置采用激光回波测距和激光与无线电协作式二次雷达测距两种测距方法，并将测距结果进行匹配，能够实现高精度的距离分辨率。本发明采用了激光与无线电两种技术体制协作式方式实现目标识别功能，利用激光信号指向精准特性实现高精度的方位分辨率，并利用无线电信号良好的覆盖范围解决应答信号全向覆盖问题，在实际应用场景中能够实现精准、可靠的目标识别功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光测距询问一体化目标识别装置，其特征在于，包括目标探测设备和目标传感设备，所述目标探测设备能够发射激光测距脉冲序列信号、接收激光回波脉冲序列信号、发射激光询问脉冲序列信号以及接收无线电应答信号；所述目标传感设备能够接收激光询问脉冲序列信号和发射无线电应答信号。

2.根据权利要求1所述的激光测距询问一体化目标识别装置，其特征在于，所述目标探测设备包括激光发射模块和第一激光接收模块，所述激光发射模块能够发射激光脉冲信号，所述激光脉冲信号包括所述激光测距脉冲序列信号和所述激光询问脉冲序列信号；所述第一激光接收模块能够接收所述激光回波脉冲序列信号。

3.根据权利要求2所述的激光测距询问一体化目标识别装置，其特征在于，所述激光发射模块包括第一信息处理单元、发射驱动单元、激光器和光学发射结构，所述第一信息处理单元通过控制发射驱动单元驱动激光器输出所述激光测距脉冲序列信号和所述激光询问脉冲序列信号，并通过所述光学发射结构辐射出去。

4.根据权利要求3所述的激光测距询问一体化目标识别装置，其特征在于，所述第一激光接收模块包括第一光窗和第一光电探测器，所述激光回波脉冲序列信号能够经过所述第一光窗进入所述第一光电探测器。

5.根据权利要求4所述的激光测距询问一体化目标识别装置，其特征在于，所述目标探测设备还包括无线电接收模块，所述无线电接收模块能够接收所述无线电应答信号。

6.根据权利要求5所述的激光测距询问一体化目标识别装置，其特征在于，所述目标传感设备包括第二激光接收模块和无线电发射模块，所述第二激光接收模块能够接收激光询问脉冲序列信号，所述无线电发射模块能够发射无线电应答信号。

7.一种激光测距询问一体化目标识别方法，使用权利要求1-6任一项所述的目标识别装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、目标探测设备发射激光脉冲信号；

步骤2、目标传感设备接收激光脉冲信号，处理后发出无线电应答信号；

步骤3、目标探测设备接收激光回波脉冲序列信号；

步骤4、目标探测设备接收目标传感设备发出的无线电应答信号；

步骤5、目标探测设备上报识别结果，完成识别过程。

8.根据权利要求7所述的激光测距询问一体化目标识别方法，其特征在于，步骤2中，目标体接收到激光测距脉冲信号后直接将激光测距脉冲信号反射回目标探测设备。

9.根据权利要求8所述的激光测距询问一体化目标识别方法，其特征在于，步骤3中，目标探测设备能够接收目标体反射的激光测距回波脉冲序列，根据目标探测设备发出的激光测距脉冲信号和收到的激光测距回波脉冲序列的时间差值计算出目标距离1。

10.根据权利要求9所述的激光测距询问一体化目标识别方法，其特征在于，步骤4中，目标探测设备能够接收无线电应答信号，并解码获取目标身份信息。

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