机载合成孔径激光雷达相位调制信号性能分析和成像处理

该文将相位调制信号用于机载合成孔径激光雷达,分析了3 种相位调制信号的性能,研究了相位调制信号的收发方式和成像处理方法。针对机载合成孔径激光雷达观测幅宽较小的特点,对基于线性调频信号的相位调制信号,提出采用去调相接收方式,以大幅度降低宽带信号的AD 采样率。对3 种相位调制信号所做的成像仿真结果表明了该方法的有效性。      

合成孔径激光雷达光学系统和作用距离分析

该文对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar, SAL)光学系统和作用距离进行了分析。根据SAL成像特点,提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念,并引入相控阵模型对其性能进行分析。通过在压缩光路中馈源和主镜两处使用二元光学器件,在口径300 mm条件下将2°接收视场信号收入光纤,对所需的相位参数和对应的波束方向图进行了计算仿真。给出了SAL作用距离方程,分析了相干探测和信号积累增益,明确了SAL具有良好的微弱信号探测能力的结论。针对实际应用需求,给出了一个远距离高分辨率机载SAL系统参数和工作模式。5 cm分辨率时,在连续条带成像模式下,其作用距离可达5 km,幅宽可达1.5 km;在滑动聚束成像模式下,作用距离可达10 km,幅宽可达1 km。      

532nm激光距离选通成像系统

实现了一套基于532 nm波长的距离选通成像系统,并选择了几种典型环境进行了相应的原理验证实验。采用532 nm的全固态调Q脉冲激光器作为主动照明激光,激光单脉冲能量可以在35~100 mJ之间调节,系统接收望远镜口径为200 mm。采用PIN探测器获得激光脉冲发射时间,并控制目标成像的曝光时刻。成像探测器采用ICCD(intensified CCD),最小曝光时间为2 ns。通过实验对比说明该系统能够在小雨天或者有烟雾的情况下正常工作,但是获得图像的信噪比会有所下降,同时能够在强光背景干扰的环境下获得目标的图像信息。该套系统的原理验证性实验能够为距离选通成像技术的进一步发展提供重要参考。     

强度编码合成孔径激光雷达原理与实验

合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广,相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。由于传统线性调频模式受制于调频速率和非线性等因素,无法应用于高速运动平台。从合成孔径激光雷达原理出发,结合光通信调制手段,详细推导了强度编码合成孔径激光雷达编码压缩原理公式,并仿真验证了M序列应用于强度编码的压缩性能。通过对模糊函数推导与仿真,证明强度编码信号不存在多值性模糊和互耦合误差。搭建了基于光纤的强度编码距离向分辨率验证实验系统,选取长度1 023、码元宽度5 ns的M序列进行强度编码调制,利用2 000 m延时光纤进行了距离向验证。在考虑载波光幅值抖动的情况下,得到了0.787 5 m的距离向分辨率,精度误差5%。该文从理论与实验两方面证明强度编码合成孔径激光雷达的可行性,为工程实现提供了一定实践支撑。     

距离向扫描合成孔径激光雷达目标三维重建

合成孔径激光雷达（SAL）能够实现远距离目标的精细成像。由于SAL基于距离多普勒原理成像,将地面场景映射到成像平面上会引起高程信息的丢失。提出了一种基于距离向扫描的SAL目标三维重建方法,通过距离向扫描体制SAL得到一定扫描角度范围内的多条合成孔径图像,利用相邻条带图像目标的重叠成像实现三维重建。基于TerraSAR图像仿真计算结果表明:距离向扫描体制SAL可以实现目标的三维重建。     

振动条件下机载合成孔径激光雷达成像处理

该文研究了单探测器和顺轨双探测器机载合成孔径激光雷达在振动条件下的成像处理问题。根据平台振动在短时间内对成像影响小的特点,基于单探测器激光雷达研究了子孔径成像与相位梯度自聚焦相结合的成像处理方法。为获得方位向长条带图像,分别使用了条带相位梯度自聚焦方法和基于多普勒中心频率估计的子孔径图像拼接方法,并分析比较了二者的性能。针对单探测器激光雷达的不足,提出了基于顺轨双探测器干涉处理的振动相位误差估计与补偿方法。仿真分析结果验证了该文方法的有效性。      

基于RMA的前视激光合成孔径雷达成像算法

针对传统的侧视激光合成孔径雷达成像系统的缺点,研究了一种基于RMA的前视激光合成孔径雷达成像算法.首先研究了前视激光合成孔径雷达的组成原理,给出了系统的结构框图,分析了点目标的距离向和方位向多普勒历程,采用Matlab对成像结果进行了仿真,并对点目标的成像包络进行了详细仿真,结果表明,该算法可对雷达前视场景的目标进行有效成像.     

机载前斜视合成孔径雷达成像处理的精确Chirp Scaling算法

提出了一种基于Ｃｈｉｒｐ Ｓｃａｌｉｎｇ（ＣＳ）算法的机载前斜视合成孔径雷达（ＳＳＡＲ）的成像处理实现方法。这种算法由于避免了插值运算，且能够精确地进行距离徒动校正，故使得成像质量等于或好于经典的距离－多普勒（ＲＤ）算法。该算法只需通过复乘和ＦＦＴ就能够实现成像处理。     

合成孔径激光成像雷达距离向等延时的信号处理结构和算法

 合成孔径激光成像雷达中啁啾激光光源的非线性会严重降低距离向成像分辨率。国外已发展了建立参考通道的非线性啁啾补偿算法。本文证明了等延时抑制非线性啁啾和非同步触发初始相位误差的原理,提出了一种具有三种本振延时产生方案的接收信号处理结构及算法体系,包含：建立等臂目标本振通道,建立参考通道及两次外差变频、建立参考通道及相移计算。建立了该算法的一般性数学流程,以星载合成孔径激光成像雷达为模型进行了计算机仿真,验证了算法的可行性。最后对三种方法的优缺点进行了讨论。     

基于线性调频脉冲压缩的激光相干探测技术研究

针对现有的单频率脉冲相干探测激光雷达的高精度测量矛盾,研究采用线性调频脉冲压缩的方式实现相干激光雷达对目标的高精度测距和测速.文中介绍了线性调频脉冲压缩的原理并给出了仿真结果,并结合相干激光雷达系统的特点,并对系统的实现方式问题进行了探讨.     

一种合成孔径激光雷达激光器带宽测量新方法

提出一种合成孔径激光雷达(SAL)调频激光器带宽测量的新方法。使用法布里-珀罗(F-P)扫描共焦腔,对调频He-Ne激光器的带宽进行测量,结果表明,在测量激光器的调频带宽时不受调频速率的限制,可以实现对SAL系统调频激光器的带宽测量。     

PERFORMANCE ANALYSIS OF PULSE COMPRESSION USING PHASE-CODED SIGNALS FOR SPARSE-ARRAY SYNTHETIC IMPULSE AND APERTURE RADAR

Sparse-array Synthetic Impulse and Aperture Radar (SIAR) can isotropically radiate by employing multiple frequencies (synthetic pulse) and multiple antennas (synthetic antenna). According to Ambiguity Function(AF), its range resolution depends only on bandwidth of transmitted signals, however, the distance grating lobes emerge when increasing the time-bandwidth product of transmitted signals. The performance of pulse compression is analyzed with the transmitted signals modulated by phase-coded sequences. It is seen that greater ratio of pulse compression and suppression of range sidelobe in SIAR can be obtained, and its effective range and range resolution is increased as well.     

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...     

条带模式合成孔径激光雷达不依赖PGA的高分辨率成像演示

合成孔径激光雷达(SAL)能实现远距离目标的高分辨率成像.然而,由于所用激光波长很短,SAL系统中微小机械振动都可能在目标回波信号中引入巨大相位误差,所以,SAL很难实现稳定的相位史数据,高分辨率SAL图像的形成往往要应用额外的相位误差消除技术,特别是相位梯度自聚焦(PGA)技术.演示了一个运转良好的条带模式SAL实验室成像装置.采用一台1 550 nm波段的线性调波长激光器作为探测光源,该装置能够形成聚焦良好的高分辨率图像.通过细致的系统设计,基本抑制了在回波信号中产生相位误差的各种振动.该装置产生的相位史数据非常稳定,高分辨率图像的形成仅需简单遵照标准的SAL成像理论,无需额外借助PGA.采用点目标定标,测量得到该成像装置的方位和距离分辨率接近其理论估计.详细给出了2.4 m距离上多种目标的良好聚焦图像及相应的稳定相位史数据.     

逆合成孔径激光雷达回波信号特征分析

逆合成孔径激光雷达(inverse synthetic aperture ladar,ISAL)发射信号具有超短波长、超大带宽的特点,其回波对目标运动具有极强的敏感性,因而ISAL回波信号特征与常规ISAR回波有很大不同.建立了ISAL回波的精确模型,研究了由于目标运动引起的回波包络展缩、脉内多普勒和脉冲间多普勒效应,并给出了它们的近似方法及约束条件,仿真分析了目标在不同运动参数下回波信号的包络展缩、脉内多普勒效应对ISAL成像的影响,结果表明上述效应会造成图像的散焦,需要在成像中进行相应补偿.     

合成孔径声呐并行实时处理研究

该文论述了合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)系统的图像重建算法选择、参数选择和并行处理方式,并提出一种基于 SHARC信号处理机 SAS实时成像实现方法,结合自行研制的原理样机中信号处理系统特点,采用两级流水线:第一级利用空间采样间隔时间做序贯处理,完成正交解调、脉冲压缩功能;第二级采用批(帧)处理完成方位聚焦。两级流水线,仅用一级(第二级)的时间开销,就完成了图像重建。为满足实时性要求,两级都采用了并行处理。     

角振动对合成孔径激光雷达成像的影响

合成孔径激光雷达采用激光作为信号载波,通过合成孔径技术实现高分辨率成像.由于激光波长较短,平台的振动将对激光雷达图像质量产生影响.基于成对回波理论,针对平台角振动对合成孔径激光雷达影响进行分析,详细推导角振动影响引起的成对回波的解析表达式,其影响表现为成对的虚假目标并且加窗压低旁瓣的处理方法对成对回波是无效的.最后通过...     

合成孔径激光雷达多通道扫描模式及成像方法

合成孔径激光雷达(SAL)受激光器件信号调制速 率的制约,导致了激光调制带宽和脉冲重复频率 (PRF)成为一对矛盾;同时,由于激光信号波长较短,造成波束 光斑脚印较小,限制了成像场景的幅宽。基 于此,本文提出了一种SAL多通道扫描工作模式下的成像方法。采用多通道体制,以空间采 样弥补时间采 样的不足,并采用空域滤波方法解决了多普勒模糊的问题;通过控制波束指向,使其周期性 的在不同子测 绘带之间扫描实现宽测绘带成像。针对扫描模式短孔径对宽场景成像易造成图像模糊的问 题,采用谱分 析(SPECAN)思想,将图像聚焦在方位频率域。仿真结果验证了本文算法的有 效性。     

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。     

基于外差探测的合成孔径激光雷达成像模拟

根据线性调频信号的特点和光外差探测的原理,推导了合成孔径激光雷达外差探测的输出信号表达式。针对点阵目标模拟了条带工作模式时的数据图像,先对距离向进行傅里叶变换后校正剩余视频项,再对方位向进行相关运算,进而实现了目标图像的重构。推导得到了目标图像在距离向和方位向的解析表达式,分析了目标图像在距离向和方位向的强度分布曲线的特点及其对成像的影响。分析了影响图像分辨率的因素和改进方法,为优化算法和系统设计提供了参考。