目标环境探测识别ppt课件

1、3.1 地震波传播实际根底 3.1.1 地震波的分类第三章 地震动探测技术 地震波 体波 面波 纵波 横波 瑞雷波 乐夫波 传播方向与质点振动方向一致 传播方向与质点振动方向垂直 沿自在外表传播时，轨迹呈逆进椭圆 垂直于波的传播方向且平行于界面 在地球介质内独立传播 在一定条件下构成相长干涉并叠加产生 3.2.2 信号分析 对地震动信号进展变换处置，从中提取出反映目的本质属性的特征信息。义务：方法： 时域、频域或时频特征分析与识别。 1、过零分析 对确定时间段内的时域信号将其幅值与设定阈值比较，计算信号正向越过或负向越过阈值的次数。信号的过零数与信号的采样率有一定关系，在一定采样率下，假设信号

2、是频率为f的正弦信号，那么其过零数为： 3.2地震动信号检测系统3.2地震动信号检测系统人员行走信号时域图轮式车行驶信号时域图 根据某一规范设定一门限值时 ，脚步信号的过零点数远低于车辆的过零点数。优点： 不采用绝对值和实践零点，可以顺应较多地质条件，且具有一定的抗干扰才干；与频谱分析比较它计算量小，算法简单，易实现，而且硬件本钱低。3.2地震动信号检测系统 信号的时域分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器直接显示信号波形，读取特征参数。 周期T，频率f=1/T 峰值P，双峰值Pp-ptAT PPp-p 2、时域分析3.2地震动信号检测系统 均值 均值Ex(t)表示集合平均值或

3、数学期望值。0At均值：反映了信号变化的中心趋势，也称之为直流分量。3.2地震动信号检测系统 均方值工程丈量中仪器的表头示值就是信号的有效值。 信号的均方值Ex2(t)，表达了信号的强度；其正平方根值，又称为有效值(RMS)，也是信号平均能量的一种表达。 3.2地震动信号检测系统 方差方差：反映了信号绕均值的动摇程度。 信号x(t)的方差定义为： 大方差 小方差 5.2.1 几何截断定距三角定距法1、 原理 将46组激光发射器和接纳器在弹体周向均匀陈列构成360的发射接受视场。安装时发射器与接受器存在一定倾角，这样使发射视场与接受视场在前方某一区域重合，发射光束轴线与接受光束轴线交与一点，其底

4、边高即为作用间隔。5.2激光的定距原理目的作用区接纳视场 由于半导体激光器发出激光通常具有较大的束散角，所以采用凸透镜或透镜组对激光器发出的激光进展准直，并采用柱镜或反射光锥在弹体径向进展扩束。 2、 组成 发射光学系统 接受光学系统 将目的发射光能量搜集并聚到光电探测器上。普通单个透镜，并将光电探测器放在透镜焦平面上。 系统的半场视角为： 系统立体角为：5.2激光的定距原理 接纳的回波功率由激光引信的间隔方程可知： d 光电探测器直径；f 透镜焦距；Ad光敏面积； 注：接纳视场的大小与光敏面积及光学透镜的焦距有关，获得尽能够大的接纳视场必需选用光敏面积大的探测器及减小光学镜头焦距。 Pr 接

5、纳功率；Pt发射功率；t发射光学系统效率； r接纳光学系统效率；K(R)发射视场与接纳视场部分重合呵斥的衰减；目的发射率；大气衰减系数；R激光器到目的的间隔；Ar接纳光学系统的孔径面积； 5.2激光的定距原理 光电探测器中主要采用光敏二极管。光敏二极管原理与普通二极管根本一样。正常任务时，在未受光照时，电流几乎为零；受光照时，电流迅速添加并随光强度添加而增大。5.2激光的定距原理 光电探测器注：光敏二极管需在反向偏压条件下任务。 2、 特点 优点：定距精度高；360度全向探测；处置电路简单。 缺陷：对于发射特性差别大的目的难以设定一致的作用门限；作用间隔不能现场装定。5.2激光的定距原理5.2

6、.2间隔选通定距1、 原理 脉冲调制器鼓励半导体激光器发射光脉冲，经过发射光学系统构成一定外形的激光束，光脉冲照射到目的后，一部分光反射到接纳光学系统，然后聚在光敏管上输出电脉冲，经过放大整形等信号处置送到选通器。另一路脉冲调制器发出鼓励信号经延迟器适当延时后控制选通门。经过适当的延时可以实现预定间隔范围内起爆。目 标 前置放大器，完成传感器与后续电路的性能匹配，要求必需为低噪声且有足够高的增益两项目的。 缘由：多级放大器的噪声模型为，等效到输入端的噪声电压为： 2、 组成 5.2激光的定距原理 放大电路roi第I级放大器的输出电阻；Eni第I级放大器等效噪声电压；Ki第I级增益；Ini第I级

7、放大器的等效噪声电流；Ens信号源等效噪声电压。 由上式可知：当第一级放大器的增益足够高时，多级级联放大器的等效输入噪声主要由第一级的噪声程度决议。 主放大器需满足高增益和宽带频。为提高定距精度需调整主放大器增益来控制回波脉冲幅值。对于间隔分档可调时，装定间隔的同时装定增益使每个间隔档对应一个增益档。另外对于目的反射率呵斥信号幅值变化那么运用自动增益控制来处理。 调整延时参数实现作用间隔装定并补偿系统各元器件延时容差。 5.2激光的定距原理 延迟器 选通器 近似以为数字电路中的“与门 3、 特点 利用脉冲相位差比利用脉冲强度更可靠，防止功率动摇，目的光特性及大气传输条件的影响。 降低了虚警率，

8、提高了效率。 5.2激光的定距原理5.2.3 脉冲鉴相定距原理 1、 原理 选通器改为鉴相器，根本原理同上。 目的5.2激光的定距原理2、 组成 脉冲鉴相器 当回波脉冲与参考脉冲重合时即目的作用间隔，或回波脉冲超前参考脉冲即小于目的间隔。鉴相器触发输出信号，当回波脉冲滞后参考脉冲时鉴相器无输出信号。 注：在较近间隔时为防止空中悬浮粒子向后散射呵斥系统虚警，那么采用双鉴相电路。 3、 特点 定距精度进一步提高。 作用间隔现场装定。 抗干扰才干进一步提高第五章 激光探测技术5.3 激光的测距原理 5.3.1 脉冲激光测距机原理 当回波脉冲与参考脉冲经过测定由测点射向目的，并经目的反射回来的光脉冲飞

9、行时间来测定目的与测定间的间隔。 设光在大气中的传播速度均匀，测定到目的间间隔r 为:1、 原理 c光速 ，t 脉冲飞行时间 当测距精度为： 5.3激光的测距原理2、 组成 脉冲式激光测距机是经过时间的直接丈量而测距的，即用脉冲光波，当发射的光脉冲被远处目的反射回来后，经过一个丈量时间的安装直接测出激光往返的时间t，进而求出间隔D。详细如以下图所示，它包括时标振荡器、门电路、脉冲计数电路和记录安装几部分。脉冲激光测距机系统组成 测距时，激光脉冲射向目的，在同一瞬间由光电二极管取出一小部分光脉冲信号送入接纳系统的门电路，把“门翻开，使时标振荡器输出的时标脉冲经过“门进入计数显示系统记录下来。当目

10、的反射回来的脉冲信号被接纳后，经过放大器送入门电路，即刻把“门封锁，使计数器停顿任务。5.3激光的测距原理5.3.2 相位式激光测距机原理 1、 组成 相位式激光测距机是对时间的间接丈量，即用延续光波经过一个调制器让激光强度按调制信号随时间而变，测出该光波在时间t内的位相变化从而计算出时间t。详细组成如图示。 回波信号经物镜接纳后送到光电探测器，经鉴相器比较前往光束和发射光束之间的相位，从而求出相差：5.3激光的测距原理N整数周期的数目；N周期的小数； f 调制频率。 思索时间与间隔的关系，有：c光速，在测距机中，常称c/2f为测尺长度，f为测尺频率。 相位式激光测距机系统组成 5.3激光的测

11、距原理注：在鉴相器只能测出小数周期，还未能测出整数相位数N，为此在测距机设置几种不同的测尺频率进展分段丈量。每一频率所丈量的间隔均小于相应的测尺长度，用它们分段丈量某一间隔，然后将各自所测的结果组合起来，就可得到一切丈量的间隔5.3.3 激光测距的作用间隔方程 Pr接纳到的回波信号功率；Pt激光源的发射功率；TA1激光光源到目的的大气透过率；TA2目的到接纳机的大气透过率；t、 r发射、接纳光学系统光学效率；K激光光束轮廓参数；光束束宽； r1发射机到目的间隔；r2目的到接纳机的间隔；目的的激光截面；D接纳机的接纳系统有效孔径； 可以在热力学定理允许的范围内最大限制地把热能转变成辐射能的理想辐

12、射体，叫黑体。在毫米波段，黑体就是在该频段一切频率上都能吸收落在它上面的全部辐射而无反射的物体。它是一个良好的吸收体，还是良好的发射体。 1901年普朗克经过证明，假设能量辐射仅以离散能量的量子出现。那么一个黑体在温度为T，频率为f，其亮度为：6.2 毫米波辐射计的探测原理 6.2.1 物体的电磁辐射特性第六章 毫米波探测技术1、黑体辐射 h普朗克常数； K波尔兹曼常数；C光速 t温度，K；f频率 完全吸收并完全发射的绝对黑体实践不存在，它是一种理想的物体。为了与黑体这一术语相对应，实践的物体称为灰体。一个灰体辐射的功率，可用比该灰体实践温度更低的等效黑体所辐射的功率来替代。普通把此等效黑体的

13、温度称为物体的表观温度，也叫亮度温度。 物体表观温度与物体实践温度之比定义为该物体的频谱发射率。注：亮度定义是单位频率、单位黑体的发射面积、单位立体角的功率。亮度与频率和温度有关，与方向无关。 2、表观温度 6.2毫米波辐射计的探测原理注：在毫米波探测安装中均将频谱发射率简称为发射率。 黑体的发射率为1，故黑体的表观温度与它的实践温度相等。在毫米波段，吸收室的高吸收资料可以很好近似为黑体，在有限的入射角范围内可以得到高达0.99的发射率。对于高导电金属板是良好的反射器，可以把它看作非发射体，其发射率为0。 如一块金属板，发射率为0，常温t=300K，它的tap=0；当t=500K时，表观温度仍

14、为0。6.2毫米波辐射计的探测原理6.2.2 天线的根底知识1、天线的位置和作用 无线电发射机输出的射频信号功率，经过馈线电缆保送到天线，由天线以电磁波方式辐射出去。电磁波到达接纳地点后，由天线接下来仅仅接纳很小很小一部分功率，并经过馈线送到无线电接纳机。可见，天线是发射和接纳电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通讯。 按用途分类，可分为通讯天线、电视天线、雷达天线等； 按任务频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。2、天线的方向性 发射天线的根本功能之一是把从馈线获得的能

15、量向周围空间辐射出去，根本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈 形的立体方向图。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难。6.2毫米波辐射计的探测原理 假设干个对称振子组阵，可以控制辐射，产生“扁平的面包圈 ，把信号进一步集中到在程度面方向上。以下图是4个半波对称振子沿垂线上下陈列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。立体方向图 垂直面方向图 程度面方向图 立体方向图 垂直面方向图 6.2毫米波辐射计的探测原理 也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向。平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的程度面方向图阐明了反射面的作用-反射面把功

16、率反射到单侧方向。6.2毫米波辐射计的探测原理 抛物反射面的运用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个根本要素：抛物反射面 和 放置在抛物面焦点上的辐射源。 方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其他的瓣称为副瓣或旁瓣。参见以下图, 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3dB功率密度降低一半的两点间的夹角定义为波瓣宽度又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用间隔越远，抗干扰才干越强。6.2毫米波辐射计的探测原理3、波瓣宽度 对于基站天线，人们经常要求它的

17、垂直面即俯仰面方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽能够弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制 。基站的效力对象是地面上的挪动用户，指向天空的辐射是毫无意义的。 6.2毫米波辐射计的探测原理注：为使主波瓣指向地面，安顿时需求将天线适度下倾。 增益是指：在输入功率相等的条件下，实践天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描画一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有亲密的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来了解增益的物理含义-为在一定的间隔上的某点处产生一定大小的信号。6.2毫米波辐射计的探测原理4、天线的增益 假设用理想的无方向性点源作为发射天线，需

18、求100W的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W . 换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。普通运用的天线为单极化的。以下图示出了两种根本的单极化的情况：垂直极化-是最常用的；程度极化-也是要被用到的。 6.2毫米波辐射计的探测原理5、天线的极化 注：垂直极化波要器具有垂直极化特性的天线来接纳，程度极化波要器具有程度极化特性的天线来接纳。 当来波的极化方向与接

19、纳天线的极化方向不一致时，接纳到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。当接纳天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用程度极化的接纳天线接纳垂直极化的来波时，天线就完全接纳不到来波的能量， 这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。 6.2.3 毫米波天线 6.2毫米波辐射计的探测原理1、毫米波天线的类型 喇叭天线 角锥喇叭 宽带双脊喇叭 同轴双向喇叭 6.2毫米波辐射计的探测原理 抛物面天线还可分为旋转抛物面天线、切割抛物面天线、柱形抛物面天线、球形面天线等。旋转抛物面天线主瓣窄、副瓣低、增益高、方向图为针状。 抛物面天线的增益近似为: 抛物面天线 D天线口径；天线效率； 前馈抛物面

20、天线 6.2毫米波辐射计的探测原理 介质棒天线 利用一定外形介质棒作辐射源。天线的性能取决于介质棒的尺寸、介质电常数、损耗等。添加棒的直径可以减小波瓣宽度，利用高介电常数的介质棒可以缩短辐射长度。 利用光学透镜原理，焦点处的点光源经透镜折射后能成平面波。如图示。 透镜天线 它是在微带基片上制造一片金属环或线，用来辐射毫米波。该天线截面积小，适宜用于飞行器共形的探测器，如在毫米波引信上运用，可以成各种外形以调整天线方向图。 微带天线 6.2毫米波辐射计的探测原理6.2毫米波辐射计的探测原理6.2.4 毫米波辐射计的任务原理 毫米波辐射计是一部被动式的接纳机，本身不发射信号。它接纳到的能量是被天线

21、搜集起来的辐射，这些辐射来自场景本身的辐射及其其他辐射源辐射能量的反射。 毫米波辐射计主要有全功率辐射计、Dicke迪克型辐射计、负反响零平衡Dicke迪克型辐射计、噪声相加型辐射计、相关辐射计等多种类型。其中，全功率型辐射计是构造最简单的一种，同时它是其它各种辐射计的根底。大气遥感辐射计 6.2毫米波辐射计的探测原理 全功率辐射计由天线、射频放大器、混频器、本振、中频放大电路、检波器、积分器低通滤波器组成。为使辐射计的输出电压V0正比于输入功率，采用了平方律检波器。 物体电磁辐射能量被天线接纳后，经过天线、传输线及有关部件得到天线输出端的信号温度Ts表示为： 全功率辐射计原理图 6.2毫米波

22、辐射计的探测原理 式中：Ta表示物体对应的天线温度； T0表示天线及传输线的环境温度；L天线及传输件的损耗因子 能量进一步传输，经过混频、中放、平方律检波和低频放大，其转化为电压信号，得出该电压表达式为： 式中：k波尔兹曼常数； 高频前端等效噪声带宽；平方律检波器的功率灵敏度系数； G 检波前功率增益； Gv 低通滤波器电压增益6.2毫米波辐射计的探测原理 假定金属目的具有均匀辐射温度TT，对应天线温度为TBT，地面背景的辐射温度为TG，对应天线温度为TBG。结合上式可知，当被动毫米波探测器分别扫描地面背景和金属目的时输出电压分为： 在探测器任务过程中，天线波束在目的和地面背景之间交替扫描，探测器输出端产生的电压变化量为： 主要引见全辐射测温。全辐射测温是物体所辐射出来的全波段辐射能量来决议物体的温度。它是斯蒂芬-波尔兹曼定律的运用，定律表达式： 7.3.1 红外测温 第七章 红外探测技术7.3 红外辐射检测 1、根本原理W物体的全波辐射出的射度，单