速和方向，以更好地预测实际空中目标轨迹。可直接从尾流涡流的多普 勒签名计算风的激光视线径向分量。如果不存在风速的径向分量，那么多普勒偏移的统计 分布将具有在尾流的全空间广度上平均的零速度的平均值。从它的任何明显的偏离是径向 风速的测量。作为替代方案，径向风速可被测量为从尾流附近的未干扰风的返回中的多普 勒偏移。在与尾流测量不同的角度偏移下进行多普勒测量将允许也计算风速的不同矢量分 量，从而产生尾流附近的风速矢量的完整测量。沿预期到来火力轨迹在不同的位置上使用 武器定位光雷达炮位将允许更好的3D风场和涡流散发重构。3D风场检索的另一方法是使 用武器定位光雷达系统以在多像素光雷达或者可能在快速扫描若干像素接收器中测量范 围分解和空间分解斑点/多普勒空间结构的时间相关性。空间构建反向散射光的时间相关 函数被用于推断性地测量用于在激光探针体积内使尾流平流的假定Taylor冷冻湍流假说 的侧风。全3D对仅视线（从传感器的径向）风速检索是成本能力系统交易的事项，并且， 对于一些任务方案可能是不必要的。
[0065] 作为替代方案，武器定位光雷达系统可基于可能敌方火炮位置的先验信息和战术 战斗空间中的相应空中目标轨迹启动有限检索模式。给定由光雷达传感器提供的相对于一 般的武器定位雷达系统的一般更窄的关注场，这会不是优选的模式，但是，在关于敌军的其 它信息（例如，关于敌军火炮架设、火力的最佳方向、地形限制等的情报）已知的一些情况 下，该自线索模式可能是有效的。在该模式中，武器定位光雷达系统会在通过光雷达防护的 硬体检测或尾流检测时立即进入跟踪模式。
[0066] 由于调制器、光雷达接收器和模拟光雷达信号处理器部件中的一些随时间和温度 的参数漂移，因此，光雷达信号处理可能是次最佳的。由于参数漂移，线性FM(线性调频） 波形可例如变为非线性，由此当在信号处理器中压缩脉冲时导致旁瓣增强。一种在这些条 件下改善线性的方法是，为了校正或补偿非线性，预弯曲传送的波形，由此确保光谱旁瓣拒 绝的改善。在发明名称为"Method and Apparatus for Synthesizing and Correcting Phase Distortions in Ultra-wide Bandwidth Optical Waveforms" 的美国专利申请 No. 20110299849中教导了线性FM线性调频预弯曲方法。线性FM波形还具有用于旋转使信 号处理复杂化的目标斑点解相关次数的限制，从而降低SNR和范围压缩效率，因此，可以使 用替代性波形，诸如步进音调、音调串和随机频率步进脉冲。
[0067] 一旦在空中目标硬体上实现稳定的跟踪，系统处理器212就可命令光雷达信号处 理器210改变调制格式以更好地检测和跟踪通过空中目标的尾缘和空气动力表面与尾流 涡流散布相关的多普勒签名。在该模式中，光雷达检测从混入涡流中的气雾剂液滴（冷凝 水）和/或颗粒（例如，灰尘、战场烟和/或火箭排气）和/或分子散射的返回激光束。基 于尾流的年龄或质量、进行的流动场测量、威胁类别或有限尝试和误差的估计，可以使用不 同的波形和信号处理算法以实现这一点。可首先对尾流的更年轻和更有活力的部分对范围 分解模式适应性调整波形和信号处理算法，并且随着尾流老化对角度-角度模式适应性调 整它。在这些模式中的每一个中，波形和信号处理算法可被适应性调整以优化流动场测量。
[0068] 在一个实施例中，波形可被定制为在等同于空中目标的已知类别的平均涡流尺寸 的物理尺寸的感测体积上感测可归因于尾流涡流的多普勒频率的传播。如果测量的多普勒 数据揭示频率的不同传播和/或尾流涡流的不同的物理广度，或者如果它揭示从机动导弹 的控制表面的涡流散发的签名，那么系统处理器212可命令光雷达信号处理器切换到更有 效的调制波形和处理模态，诸如短光谱转换限制脉冲。
[0069] 空中目标硬体的中间附近的涡流散发的特性的知识，除了空中目标的状态矢量和 物理尺寸以外，提供关于空中目标的类别甚至类型的有用信息，这可改善对抗火力方案的 轨迹估计。例如，在硬体跟踪过程中通过光雷达测量的物理尺寸（长度和直径）连同速度信 息可指示空中目标为推进战术火箭的类别。已知这种类别的威胁在火箭马达仍然点火时在 飞行的初始阶段跟随非弹性轨迹。该信息可被用于更精确地计算轨迹的无法观察部分，并 因此更好地预测对抗火力的原点。目标类别和/或类型的知识也可被传送到战场指挥官， 以帮助理解战术情况以及友军和敌方火箭、火炮和迫击炮瞄准的高值资产的危险。目标类 别的知识也可被用于适应性调整波形以更有效地提取更适于该目标类别的流动场测量。
[0070] 现在参照图6a~6b、图7和图8a~8b，描述用于结合来自武器定位雷达系统的 硬体轨迹估计与来自武器定位光雷达系统的3D范围分解和2D角度-角度尾流轨迹估计以 估计空中目标的轨迹的实施例。武器定位雷达系统初始化模式（步骤300)以跟踪尾流涡 流、建立用于从武器定位雷达系统位置和取向移交到武器定位光雷达系统位置和取向的坐 标转变参数（步骤302)并且建立雷达和光雷达系统之间的数据传送协议（步骤304)。武 器定位光雷达系统周期性地运行Built In Test(BIT)(步骤306)，直到从检测到空中目标 的雷达系统接收线索（步骤308)。雷达系统跟踪空中目标硬体（步骤310)并且将跟踪状 态矢量移交到光雷达系统（步骤312)。光雷达系统在目标跟随其真空中轨迹315时将光雷 达收发器311的LOS倾斜到空中目标313的预定LOS (步骤314)并且激活光雷达收发器和 空中目标尾流的跟踪（步骤316)。
[0071] 光雷达系统对3D范围分解模式适应性调整光雷达波形（步骤318)，并且初始化 接收的频率分解反向散射能量的处理以对当前的FOV 319在不同的范围切片处计算流动 场图像317 (步骤320)。系统可进一步适应性调整光雷达波形以在尾流被回溯时优化或改 变流动场测量。在各范围切片中，光雷达系统从流动场测量323估计尾流的中心321 (步骤 322)。可通过各种方式估计尾流中心321。流动场测量323中的一个可以是从径向速度轮 廓导出的循环强度。峰值循环强度的角度位置（例如，Az/El)是尾流中心的一个估计。另 一方法是通过例如径向速度或循环的流动场测量的阈值确定尾流的物理广度并且确定物 理广度的几何中心。光雷达系统可直接从尾流的流动场测量（例如，平均径向速度）或者 从尾流外面的流动场测量确定范围分解径向风速（步骤324)。光雷达系统通过当前的尾流 中心（和任何先前跟踪的F0V)估计目标轨迹326 (步骤331)。光雷达系统倾斜光雷达LOS 以使尾流保持在光雷达FOV内（步骤330)。
[0072] 光雷达系统继续倾斜光雷达LOS并接收和处理反向散射能量以估计尾流中心以 回溯尾流，直到尾流不再能观察。一般地，当不能从检测能量和流动场测量觉察尾流签名 时，尾流不再能观察。尾流可在当前FOV中的全部或一些中可观察或者在所有FOV中不可 观察。光雷达系统可确定尾流是否不再能观察，并且，如果是，则通过各种方式确定它在当 前FOV的哪里。在本实施例中，在循环中的一些点上，光雷达系统处理器确定尾流估计的最 后的有效中心的位置并且确定它是否接近光雷达FOV的边缘（步骤332)。如果是，则系统 倾斜LOS(步骤330)并且继续。如果不是，那么系统退出范围分解模式。可从进行尾流中 心估计的流动场测量（例如，是否存在湍流流动的证据）、从产生尾流签名的不同的流动场 测量或者通过尾流中心（例如，在什么点上轨迹变噪声）或者估计系统能量以分解范围的 另一度量从目标轨迹确定最后的有效尾流中心估计的位置。
[0073] 在典型的光雷达系统中，在分解角度/角度测量的能力之前，分解范围的能力会 劣化。因此，在范围分解模式中不再能观察的尾流可继续以角度/角度模式沿尾流向后的 一定时间和距离可观察。系统可在切换到角度/角度模式之前渐近地减小范围分辨率。光 雷达系统从任意地来自在移交时提供的跟踪雷达、范围分解光雷达或者它们的结合的最佳 可用估计产生角度/角度范围轨迹的估计333 (步骤334)，并且，对于角度-角度模式适应 性调整光雷达波形（步骤336)。系统还可适应性调整光雷达波形以在回溯尾流时优化和改 变流动场测量。
[0074] 光雷达收发器311接收当前FOV 319的反向散射能量并且比较当前流动场的单个 流动场图像（图3c所示的类型）（步骤338)。光雷达系统处理流动场图像以确定尾流中 心的角度轨迹（步骤339)。在实施例中，系统取得图像的垂直切片并且选择峰值循环强度 (例如，径向速度轮廓的第2时刻）作为尾流中心以形成角度轨迹。系统通过使用标准回归 或轨迹投影技术通过角度轨迹拟合曲线340。曲线340提供估计的回溯轨迹的方位角和仰 角分量。在图8a中，曲线340被示为具有弹道轨迹333的3D估计的角度/角度投影341。 如上所述，光雷达系统倾斜光雷达LOS以使尾流保持在光雷达FOV内（步骤342)，直到尾流 对于角度-角度处理不再能观察。如上所述，可通过测试最后的有效尾流中心（例如，角度 轨迹点）是否在光雷达FOV的边缘附近确定尾流可观察性（步骤344)。如果是，那么系统 倾斜光雷达FOV并且继续处理接收的能量。如果不是，那么系统尽可能远地跟踪尾流。
[0075] 为了向角度-角度导出3D目标轨迹346指定范围分量，光雷达系统确定代表曲线 340的径向投影的3D圆锥表面348 (步骤350)。线段352表示圆锥表面348与估计的弹道 轨迹333之间的最近距离。线段^是在图8a的角度/角度投影和图8b的3D示图中表 示的一个这种线段352。光雷达系统关联估计的弹道轨迹341的点Q上的范围分量与曲线 340的点P上的角度/角度分量以提供3D目标轨迹346的角度/角度/范围坐标（步骤 354)。在附录A中给出严密的报告。
[0076] 光雷达系统可从从尾随空中目标的湍流尾流的测量导出的向后轨迹346计算各 种输出。系统投影经过尾流不再能观察的位置的向后轨迹以估计空中目标的原点（POO) (步骤360)。类似地，系统可向前投影向后轨迹以估计冲击点（POI)(步骤362)。系统可从 硬体雷达签名和/或尾流光雷达签名向空中目标指定目标类别或类型（步骤364)。尾流 光雷达签名可使用用于定位尾流中心和估计轨迹的相同或不同的流动场测量。可以使用提 炼POO或POI估计的指定的目标类别，以修改周围的"误差框"、适应性调整范围分解或角度 /角度波形或者影响指向原点的对抗火力。目标归类可提供关于威胁的本质和克制威胁所 需要的对抗火力的类型和量的信息。系统可基于轨迹的向前投影预测关于POI的冲击区域 (即，误差框），并且基于归类预测潜在的目标机动（步骤366)。光雷达系统将指向对抗火 力点的各种输出传送到命令和控制中心或者传回到用于分布的雷达系统（步骤368)。 [0077] 虽然表示和描述了本发明的