本书介绍激光雷达目标成像理论建模与仿真方法，首先全面介绍激光雷达目标成像理论建模与仿真相关研究的发展现状，然后利用粗糙目标表面激光散射基础理论，研究粗糙目标激光雷达截面与激光一维距离像、二维散射强度像、二维距离像和距离多普勒成像特征，并详细分析影响目标成像的因素。

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星载激光在冰晶粒子云层中传输与散射特性及复杂体目标探测理论建模研究（项目编号： 61771685），国家自然科学基金面上项目，主持人(在研)。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究概况 2
1.2.1 目标的激光散射特性 3
1.2.2 双向反射分布函数 4
1.2.3 一维激光距离像 5
1.2.4 二维激光成像特征 9
1.2.5 目标距离多普勒成像特征 10
第2章 粗糙目标表面激光散射基础理论 15
2.1 引言 15
2.2 粗糙目标表面的基本参数 15
2.2.1 随机粗糙面的一阶统计量 16
2.2.2 粗糙面高度起伏相关长度 16
2.2.3 功率谱密度 18
2.2.4 均方根斜率 18
2.3 随机粗糙面建模 20
2.3.1 一维随机粗糙面建模 20
2.3.2 二维随机粗糙面建模 22
2.4 随机粗糙面散射的基础理论 24
2.5 激光雷达方程 26
2.5.1 激光雷达散射截面 28
2.5.2 粗糙面双向反射分布函数 34
2.6 目标的激光雷达散射截面 42
2.7 凸回转体的激光雷达散射截面 44
2.7.1 理论建模 44
2.7.2 算法验证 46
2.7.3 数值算例 47
2.8 复杂目标的激光雷达散射截面 50
2.8.1 复杂三维目标消隐和坐标变换 51
2.8.2 复杂目标激光雷达散射截面计算的一般步骤 58
2.8.3 复杂飞机目标的激光雷达散射截面 59
2.9 本章小结 63
第3章 目标激光雷达一维距离高分辨成像 64
3.1 引言 64
3.2 距离高分辨激光雷达散射截面与一维距离像 65
3.2.1 距离高分辨激光雷达散射截面 65
3.2.2 激光一维距离像理论模型 69
3.3 凸回转体距离分辨激光雷达散射截面与激光一维距离像 70
3.3.1 凸回转体距离分辨激光雷达散射截面理论模型 70
3.3.2 凸回转体激光一维距离高分辨成像理论模型 72
3.3.3 典型凸回转体算例 72
3.4 凸体距离分辨激光雷达散射截面与激光一维距离像 76
3.4.1 凸体距离分辨激光雷达散射截面和激光一维距离像的理论模型 76
3.4.2 仿真算例 77
3.5 复杂目标距离分辨激光雷达散射截面与激光一维距离像 79
3.5.1 回转二次曲面复合体距离分辨激光雷达散射截面 79
3.5.2 基于三角形面元的复杂目标距离分辨激光雷达散射截面 82
3.5.3 复杂目标激光一维距离像 84
3.6 本章小结 90
第4章 目标的激光后向二维散射强度像 91
4.1 引言 91
4.2 目标表面三角形面元划分 91
4.3 基于面元坐标系复杂目标激光后向二维散射强度像 93
4.3.1 坐标系的建立 93
4.3.2 基于面元坐标系复杂目标激光后向二维散射强度像建模 94
4.3.3 仿真算例 96
4.3.4 表面材料对激光后向二维散射强度像的影响 97
4.4 朗伯锥柱复合体的激光后向二维散射成像 98
4.4.1 锥柱复合体目标的激光后向二维散射光强 98
4.4.2 成像公式 100
4.5 朗伯双球的激光后向二维散射成像 103
4.5.1 坐标系的建立 103
4.5.2 散射强度像 105
目 录 v
4.5.3 朗伯双球激光后向二维成像仿真结果与讨论 107
4.6 复杂目标的激光后向二维散射强度像 113
4.6.1 复合目标建模 113
4.6.2 朗伯表面坦克成像仿真 114
4.6.3 朗伯表面飞机成像仿真 115
4.7 本章小结 117
第5章 粗糙目标激光脉冲后向散射特性 118
5.1 引言 118
5.2 粗糙目标的二维距离像仿真 118
5.3 算例 121
5.3.1 钝头锥二维距离像 121
5.3.2 立方体二维距离像 123
5.3.3 三锥体二维距离像 125
5.4 激光二维距离像影响因素分析 127
5.5 本章小结 128
第6章 旋转目标激光后向多普勒成像 129
6.1 引言 129
6.2 旋转凸二次回转体激光后向多普勒成像仿真 129
6.2.1 旋转目标的激光后向多普勒成像仿真 129
6.2.2 旋转凸二次回转体激光后向多普勒谱分析模型 130
6.2.3 典型旋转目标多普勒成像仿真算例 132
6.3 任意旋转目标激光后向散射多普勒成像建模 138
6.4 旋转目标激光散射多普勒成像 140
6.4.1 成像建模方法 140
6.4.2 仿真算例 143
6.5 粗糙目标激光距离散射多普勒成像 149
6.6 本章小结 153
第7章 旋转粗糙目标激光距离多普勒成像 154
7.1 引言 154
7.2 旋转粗糙凸回转体的激光距离多普勒成像 154
7.2.1 纵向积分法 155
7.2.2 横向积分法 157
7.3 圆锥、圆柱以及复合目标的激光距离多普勒成像 158
7.3.1 圆锥和圆柱的激光距离多普勒成像模型公式 158
7.3.2 朗伯漫反射面 160
7.3.3 粗糙面后向BRDF 对入射角具有指数分布的情况 162
7.3.4 脉冲平面波退化到平面波 163
7.3.5 复合目标激光距离多普勒成像 165
7.4 本章小结 165
第8章 在轨目标激光距离多普勒成像 167
8.1 引言 167
8.2 空间在轨运动目标激光距离多普勒成像 168
8.2.1 空间在轨运动目标姿态 168
8.2.2 空间在轨运动目标多普勒成像特征 170
8.3 空间在轨目标飞行地基观测的实时激光多普勒成像 176
8.3.1 目标坐标系下空间在轨复杂目标飞行模型 177
8.3.2 空间在轨复杂目标的激光多普勒成像仿真模型 178
8.3.3 空间在轨目标飞行地基观测激光多普勒成像仿真 181
8.4 本章小结 184
参考文献 185