逆合成孔径成像激光雷达微多普勒效应分析及特征提取

 研究了基于逆合成孔径成像激光雷达的目标微多普勒效应,分析了激光信号高载频和大带宽对目标微动点一维距离像的影响,在此基础上建立了相应的微多普勒特征参数方程并讨论了快时间对微多普勒效应的影响.针对逆合成孔径成像激光雷达系统目标微多普勒效应的特点,提出了一种结合二值数学形态学腐蚀膨胀运算和推广Hough变换的目标微多普勒特征提取方法.仿真实验验证了文中微多普勒效应理论分析和微多普勒特征提取算法的正确性,并证明了逆合成孔径成像激光雷达对厘米或毫米量级微动观测的有效性.     

合成孔径成像激光雷达实验系统设计

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源成像系统,它的一个突出优势是可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的效果.为了研究合成孔径技术在激光波段的相关问题,给出了一种合成孔径成像激光雷达室内实验系统,有效模拟逆合成孔径技术的旋转目标成像技术.首先,概述了旋转目标成像的的基本原理.然后,在分析了系统设计的基本思想和技术难点基础上,改进了已有的室内实验系统,提出了收发镜头分置的系统,有效地克服了端面反射的影响.最后,给出实验系统框图和最终成像效果图,验证了所给系统的有效性和光波波段合成孔径技术的可行性.     

一种新的高重频宽带相干激光雷达系统研究

该文提出一种新的同时具有高重复频率和大带宽性能的相干激光雷达系统。该系统基于IQ调制器正交调制技术与带宽合成信号处理技术,使得系统能够同时满足大带宽和高重复频率的要求,解决了传统激光雷达宽带信号调制速度慢的问题。该系统能够生成高重频、大带宽的相干线性调频激光雷达信号,在高分辨距离成像、(逆)合成孔径激光雷达成像、距离分辨的振动测量等方面,具有重要的应用价值。文中阐述了宽带高重复频率调制的原理和方法、基于微波域频率步进的带宽合成信号处理方法,并进行光纤环路实验和自由空间实验。作为演示,该激光雷达系统获得了16.7 kHz重复频率、6 GHz带宽,实现了优于2.5 cm距离向分辨率成像及远距离运动目标逆合成孔径激光雷达成像。实验结果证明了该系统与方法的有效性。     

激光雷达信号相位误差对合成孔径成像的影响和校正

针对合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar,SAL）,分析了信号相位误差对合成孔径成像的影响。建立了激光信号模型,分析了激光信号相干性对SAL方位分辨率的影响,给出通过本振信号延时处理保证相干性的解决方案。分析了LFM信号非线性失真对距离分辨率的影响,为同时解决激光LFM信号调制放大过程引入的脉冲间随机初相位问题,提出一种基于参考通道的LFM信号非线性失真和脉冲间随机初相位定标校正方法。给出了实验和仿真数据处理结果。     

合成孔径激光成像雷达中的非线性啁啾补偿

合成孔径激光成像雷达理论上可在几千千米处获得厘米量级的分辨率,在距离向和方位向分别通过对线性调频信号和相位历史的脉冲压缩得到理想的分辨率.受可调谐激光器本身性能限制,实际应用中并不能得到理想的线性调频信号,需要在成像算法中对非线性啁啾引起的相位误差进行补偿.通过介绍近年来国外的合成孔径激光成像雷达实验,重点分析了非线性啁啾的补偿方法,对比和讨论了已有方案,最后对非线性啁啾补偿方法进行了总结和展望.     

逆合成孔径成像激光雷达成像算法

逆合成孔径成像激光雷达是一种能实现运动目标超高分辨实时成像的雷达,它在发射激光信号的基础上,运用逆合成孔径原理对目标进行成像。但激光信号具有极高载频、超大带宽和极短波长的特性,传统的距离-多普勒算法不再适用。在对回波信号特征进行分析的基础上,利用重排维格纳分布和Hough变换对光外差探测后的信号进行时频分析以估计目标的运动速度,构造有效的补偿因子,完成了对回波信号的精确运动补偿,并进一步采用Keystone变换完成对目标散射点的越距离单元徙动校正,实现了对目标的高分辨二维成像。仿真实验验证了成像算法的有效性,并通过与微波波段逆合成孔径雷达的比较,证明了逆合成孔径成像激光雷达可实现对运动目标更快速、更高分辨的成像。     

合成孔径激光雷达距离像分辨率非线性恶化与补偿

详细研究了合成孔径激光雷达实验室演示成像实验中因发射激光器非线性调频而带来的距离像分辨率恶化及其补偿。理论分析了因采用线性调波长而非线性调频率光源引起的外差信号频谱展宽及其对距离像分辨率恶化的影响;比较了采用匹配参考信道或不匹配参考信道对距离像恶化的两种补偿办法;数值模拟计算了非线性调频带来的距离像分辨率恶化及其补偿后的图像;建立了以1.55 μm可调谐光纤激光器为发射源的演示实验装置,演示了距离像恶化的严重性和补偿的有效性,给出了采用参考信道补偿对距离像分辨率影响的详细数据。     

合成孔径激光雷达自适应成像技术

合成孔径激光雷达成像分辨率与成像距离无关,但在相同激光发射功率的情况下,合成孔径激光雷达的成像分辨率要求与成像距离要求是相互矛盾的。为解决这一问题,从合成孔径激光雷达成像的基本原理出发,给出了合成孔径激光雷达成像的方位分辨率与发射孔径的关系以及回波信噪比方程,分析了回波信噪比与成像距离、光源平均发射功率和发射孔径之间的关系。提出了一种合成孔径激光雷达自适应成像技术,成像系统根据回波信噪比自动调整发射孔径大小使回波信噪比限制在一定范围之内,以实现对远距离目标的大孔径低精度成像以及近距离目标的小孔径高精度成像。研究结果可以为合成孔径激光雷达的设计与应用提供一定的参考。     

高分辨率合成孔径激光雷达的系统设计及算法研究的新进展

介绍了合成孔径激光雷达的基本原理和优缺点,简述了高分辨率合成孔径激光雷达的国内外研究进展。围绕成像分辨率和成像时间这两个关键指标,从系统设计和成像算法这两个角度分析了合成孔径激光雷达的发展趋势。分析表明利用参考通道的系统结构代替传统的单一通道的系统结构,可以降低激光器输出信号的非线性误差对成像分辨率的影响。在匹配参考通道的基础上,采用非匹配通道和成像算法在保证系统成像分辨率条件下,提高了合成孔径激光雷达系统的实用性。指出利用光学处理器的全光结构代替单纯依靠成像算法进行数据处理,是一种新颖的实现实时成像方法,是高分辨率合成孔径激光雷达的一个发展方向。进一步指出了在校正算法方面,有待进一步研究的问题。     

Chirp强度调制与近红外激光合成孔径雷达距离向处理

合成孔径激光雷达是利用同一孔径(望远镜)与目标作相对运动并采用信号处理方法来模拟孔径阵列,获得高方位(横向)分辨率的相干成像雷达.采用窄线宽的单频光纤激光光源和相干探测方法;发射光波被啁啾信号作幅度调制,接收后进行距离向脉冲压缩;激光雷达和目标相对运动引起的回波相位变化,由相关运算实现相位补偿和累加(孔径合成),以提高方位向分辨率.提出了新的工作体制:距离向啁啾信号调制在发射光波振幅(强度)上,方位向多普勒频移反映在回波光波相位(频率)上,便于解决距离向与方位向之间的耦合模糊问题.报道了中期实验成果:Chirp 射频信号调制激光强度,实现合成孔径激光雷达距离向的压缩.     

低脉冲重复频率合成孔径激光雷达成像

为提高合成孔径激光雷达(SAL)的分辨率,从激光脉冲调制与脉冲重复频率(PRF)的矛盾入手,提出了一种沿方位向放置多个望远镜接收的系统设计方法,利用空间自南度解决由于较低PRF带来的方位模糊问题.分析了SAL系统由于平台连续运动的影响(表现为多普勒频移项),提出了多普勒平移补偿方法.通过仿真实验验证了本文所提系统设计的...     

Experimenttation system of synthetic aperture imaging lidar

Synthetic aperture imaging lidar is an active new imaging system, which can offer a finer azimuth resolution than the SAR system. An indoor system of synthetic aperture imaging lidar is given, which is a demonstration about synthetic aperture to image rotating objects. Firstly, the basic principle is introduced. Then, the basic method and key techniques are analyzed. After that an improved system is given with the transmitting and the receiving lens apart from each other which can eliminate the interference...     

脉冲调制激光雷达水下成像系统

针对水下目标探测应用场景,给出了相应的532 nm波长激光雷达系统参数,结合条纹管激光雷达和载波调制激光雷达的优点,设计研制了一套水下三维成像增程激光雷达原理样机。相对于常见的微波调制激光产生高频脉冲的方案,该原理样机采取调Q技术压缩激光脉冲,再结合F-P腔的特性产生高频激光脉冲,具有峰值功率高和输出能量高的优点。实验结果表明,该原理样机在清水环境中成像距离优于20 m,能够捕捉到13 m处直径9 mm的目标细节;在浊水环境中的信号处理增程能力达到81.4%,相对距离分辨误差为0.01 m。所获得的实验结果为进一步提升水下激光雷达的成像距离和分辨率进而发展水下成像装备奠定了基础。     

64×64 InGaAs/InP三维成像激光焦平面探测器

针对900~1 700 nm波长无扫描激光三维成像雷达的需求,研制了一种规模为6464的线性模式雪崩焦平面阵列（LM-APD-FPA）,它由InGaAs/InP雪崩光电二极管阵列与CMOS专用读出电路（ASIC）组成。该器件采用飞行时间（TOF）测距的方式工作,APD光敏芯片将脉冲激光信号转化成脉冲光电流,读出电路对其进行放大、阈值比较后实现激光探测并在每个单元获取光脉冲的飞行时间,将其转化成二进制编码信号后串行输出。测试结果表明,6464 LM-APD-FPA有效像元最小可探测光功率值约为400 nW,时间分辨率为1 ns。用该探测器在激光雷达系统上实现了无扫描单脉冲激光三维成像,表明了线性模式激光焦平面探测器可用于激光三维成像领域。     

非扫描脉冲成像激光雷达灵敏度方程

非扫描成像激光雷达是激光雷达的重要发展方向之一.激光雷达的一个非常重要的性能指标就是给定条件下的最大探测距离,这需要通过激光雷达灵敏度方程对其进行计算.分析了脉冲直接探测的非扫描成像激光雷达与扫描成像激光雷达的不同,介绍了增益调制型非扫描激光雷达系统构成及成像原理,并给出了基于像增强器型CCD(ICCD)能量积分器件作为探测器的该激光雷达成像中的信号和噪声.最后,提出了一种基于对比度和图像信噪比的增益调制非扫描成像激光雷达灵敏度方程.     

合成孔径激光雷达下视三维成像构型及算法

传统激光三维成像均采用实孔径成像技术,其分辨率会随着作用距离的变远而降低。相比于实孔径成像,合成孔径成像的一个显著优势是沿航向的分辨率不随作用距离的变化而变化。基于合成孔径技术提出一种合成孔径激光三维成像雷达的工作模型。该系统采用激光泛光发射模式和多波束相干接收,首先,在高度向,采用大时宽带宽的线性调频信号,并利用解线频调技术实现高分辨率;其次,沿航向利用合成孔径技术频域压缩算法实现高分辨率,其中考虑到激光调频信号的长扫频周期,对于平台连续运动引入的多普勒平移项进行了补偿;在跨航向通过实孔径阵列实现高分辨率。最后,通过仿真实验验证了该系统的有效性。     

非视域三维成像激光雷达的研究进展

综述了非视域三维成像激光雷达技术的研究现状及进展。首先介绍了非视域成像技术的产生背景和基本概念,从多种实现技术中选出最接近激光雷达构型的基于激光脉冲飞行时间测量的非视域成像技术作为文中的综述重点。然后分别从成像系统和成像算法两个方面对国内外的研究进展进行了分析总结,可以看出,未来采用SPAD面阵进行无扫描阵列式非视域成像已成为必然的趋势,而能够适配SPAD面阵的非共焦重构算法也将成为研究重点。这种激光成像雷达新体制未来在军事侦察、安防反恐、无人驾驶、灾难救援等领域将有着极其广泛的应用前景。     

面向车载应用的混沌激光成像雷达抑制交叉干扰实验研究

激光雷达已经成为无人智能车必备的环境感知设备.现有基于脉冲测距体制的车载激光雷达极易受到其他车载激光雷达的交叉干扰,导致雷达虚警和误判,引发交通事故.文章利用布尔混沌信号调制激光器产生的混沌激光作为雷达探测信号,结合扫描成像技术,构建混沌激光成像雷达系统,实验实现了 目标物体的三维成像,并对其抑制交叉干扰的能力进行了实验测试.实验结果表明,在不采取任何抑制干扰措施的前提下,基于布尔混沌雷达波形的正交性,仍可在高强度干扰下实现探测目标的三维重构,有效抑制交叉干扰的影响.