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.     

美国1979年第七届激光工程和应用会议部分报告摘要

采用主振器/功率放大器的相干激光雷达的频率稳定度大部分激光雷达系统是以直接探测方式工作。因此这些系统只能通过测定飞行时间来测量到达目标的距离。此外,相干光雷达能通过多普勒效应测定距离强度。相干激光雷达系统对频率稳定的苛刻要求让所有系统部件承担,系统发射部分尤其是这样。高功率激光振荡器不适用,因为它通常是不易受频率控制影响的多频器件。较吸引人的方法是采用主振荡器/功率放大器     

成像探测相干激光雷达技术研究进展

相干激光雷达采用激光本振相干探测并通过平衡探测器实现混频和共模抑制，具有探测灵敏度高、抗干扰能力强的优点。文中阐述了相干探测体制激光雷达的优势和技术特点，介绍了基于单元探测器/面阵探测器开展的合成孔径激光雷达(SAL)、逆合成孔径激光雷达(ISAL)研究进展，讨论了相干激光雷达波形选择、偏振选择、信号处理方法、扩束下的作用距离方程和探测性能、探测器形式和系统灵敏度等问题，在此基础上进一步分析了基于衍射光学系统的激光雷达的特点和激光/红外复合成像探测的需求，并展望了相干激光雷达的应用前景。     

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.     

基于相干激光雷达的激光微多普勒探测

利用相干激光雷达探测目标微动特性技术是一种以单频激光为光源,用外差探测的方式实现对低速、低频多个运动物体进行微多普勒信息提取和识别的技术.以波长为1.064 μm的窄线宽单块激光器为光源,发射激光经过模拟长距离传输的4 km的光纤延迟,照射到以扬声器的发声单元和电动平移台为目标的微动物体上,目标反射的激光会聚进入单模光纤,参考光与信号光通过3 dB光纤合束器线性耦合进入同一根光纤,并在探测器表面进行相干.用于接收相干信号的探测器的接入方式为光纤输入,带宽为3.5 GHz.利用时间-频率域联合描述的方法对数/模(A/D)采样后的数据进行分析.在4 km光纤延迟时,本系统最低探测速度为0.5 mm/s,速度分辨率达到毫米每秒量级,频率分辨率达到千赫兹量级.利用微多普勒信息探测技术,实现了探测物体表面的微动状态信息和识别运动状态的目的.     

基于边缘探测技术的激光单稳频指标分析

基于边缘探测技术的激光雷达实际应用中,激光器在工作中发射光信号的中心频率会发生漂移,激光频率的漂移过大,会直接影响边缘探测系统的测量精度。采用仿真计算的方法得到碘分子吸收滤波器在470nm~550nm范围内的吸收光谱谱线,以基于边缘探测技术的激光雷达监测大气信道和海洋水下信道环境参数为例,得到适合大气和海洋探测吸收谱线并确定发射激光信号的中心频率。通过理论分析,给出了满足探测要求的激光发射信号单稳频指标,为实际探测系统的设计奠定基础。     

基于相干激光雷达气象多要素探测EI北大核心CSCD

相干激光测风雷达具有体积小、探测效率高、信噪比强等特点,在气象、航空保障以及风电等行业得到了广泛的应用,但是目前雷达数据产品大多是利用回波多普勒频移信息反演的风场数据产品,未对雷达回波信号强度信息进行数据挖掘。针对当前相干激光测风雷达数据产品开发不足的问题,介绍了一种新型基于相干探测的激光雷达数据产品生成技术,该技术在探测风场的同时,实现云高、消光系数及能见度等多种气象要素数据产品的生成。首先,通过分析回波信号特性,推导出雷达回波信号功率的计算方法,获取探测范围内各距离位置的回波信号强度信息。在此基础上,利用阈值法和微分零叉法反演出云底高度,同时采用改进型Klett算法实现大气消光系数的反演,继而实现能见度的测量。最后,与气象站能见度仪、激光云高仪以及532 nm气溶胶激光雷达进行数据对比验证试验,试验数据结果显示:云高对比精度可达5.0%,能见度对比精度可达12.2%,消光系数对比有较好的一致性,并可长期在多种气象环境下连续测量。     

基于CDMA导频信号的动目标探测方法

论述了一种利用CDMA下行导频信号进行动目标探测的方法。根据CDMA导频信号良好的无源探测性能,通过在时频域内对实时数据进行长时间相干已积累来提取目标信息,给出了一个基于单接收机的实验系统,并通过该系统完成了动目标的多普勒频率和距离检测。实验结果证明了CDMA信号用作无源探测是可行的。     

双频激光相干探测差频信号影响因素分析

为实现高速运动目标的低多普勒探测,提出了双频相干激光的差频光探测方法。对双频激光相干产生的差频信号光学影响因素进行了分析。首先,根据干涉理论得到差频光,结合维纳-辛钦定理推导得到了差频光的功率谱函数。然后,利用频域积分法得到差频光信噪比,并对差频光的条纹对比度进行了分析,最后进行了双频激光相干产生差频信号的实验研究。理论分析和实验表明,激光线宽的增大导致差频光信噪比和条纹对比度的下降,光程差越小条纹对比度越好,移频器的频率扰动导致差频光中心频率的波动。     

1.5微米大气探测激光雷达研究进展（特邀）

激光雷达拥有探测距离远、探测精度高、时空分辨率高、探测参数多样等优点,是大气探测的重要手段。对比常见的可见光波段激光雷达,1.5 μm大气探测激光雷达有独特优势,包括人眼安全、全光纤结构、穿透云雾能力强和昼夜连续探测等。2015年,世界首台单光子频率上转换气溶胶探测激光雷达诞生,实现了6 km距离高时空分辨率的气溶胶分布连续探测。在此之后,1.5 μm大气探测激光雷达在国内外迅速发展。按照探测方式区分,1.5 μm大气探测激光雷达进展分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达两类。直接探测激光雷达包括单光子频率上转换激光雷达、单光子频率上转换测风雷达、超导双频测风激光雷达、超导偏振激光雷达、多模单光子探测云激光雷达和单光子光谱遥感激光雷达。相干探测激光雷达包括偏振探测相干激光雷达、格雷编码相干测风激光雷达和大气多参数探测相干激光雷达。这些雷达的探测目标包括大气气溶胶（云）、能见度、偏振、风廓线、湍流耗散率、气体浓度、降水（雨滴谱）,并且单台雷达拥有多参数同时探测的能力。     

应用Zoom FFT方法提高相干测风激光雷达频谱分辨率

脉冲相干测风激光雷达距离门内的回波具有中频高、频带宽、采样点稀疏等特点。采用传统的信号处理方法, 雷达频谱分辨率很难提高。在研究无线电雷达信号频谱细化技术的基础上, 采用Zoom FFT 频谱细化结合数字滤波器组的方法, 通过仿真研究验证了该方法对提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率具有良好效果。文章介绍了Zoom FFT 算法和数字滤波器组的原理,对模拟低频和高频信号进行了仿真,并且利用真实风场数据进行了验证,充分证明了该算法对于提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率的有效性。     

分布式相参雷达LFM宽带去斜参数估计方法

宽带分布式相参雷达技术能够有效提升目标测量精度和识别性能,具有重要的研究价值。针对现有雷达装备一般不具有同时对正负调频率宽带线性调频信号进行去斜处理的能力,即在接收相参合成阶段无法通过正负调频率宽带去斜方式获取宽带信号发射相参所需延时相位值的问题,该文利用单元雷达与目标之间存在延时差,将单元雷达发射的宽带线性调频信号等效为目标信号,对接收信号进行互相关处理获取发射相参合成所需的参数值,通过建模和仿真实现接收相参和发射相参合成处理,并对飞机目标进行1发2收相参探测试验,获得了理想的试验结果。该方法具有估计精度高、运算量小和时实性好的优势,可应用于分布式相参雷达工程实现。     

一种相参雷达评估系统的设计及实现

介绍了一种基于数字射频存储器的相参雷达评估系统的设计及实现过程,采用了现场可编程门阵列和数字信号处理,利用外部时钟输入方式,实现对相参雷达目标回波信号和各种干扰信号的仿真,可有效进行雷达性能评估、指标测试和抗干扰效果测试。     

激光多普勒测速雷达信号处理的FPGA实现

激光多普勒测速雷达信号处理由于数据量大、实时性强等特点,对信号处理单元的要求较高。现场可编程门阵列(FPGA)具有高速、并行性等优点,可以满足测速雷达的需求。介绍了利用单片FPGA实现激光多普勒测速雷达信号处理的过程,详细说明了数据的缓存、干扰频率的滤波、2倍降采样、快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)和脉冲累积等步骤的FPGA实现,最后分析了模块的性能并给出了测试结果。     

能量重心校正法在提高激光多普勒测速精度中的应用

多普勒效应可以用于激光雷达对目标速度的探测,在处理探测信号的频谱时,由于栅栏效应的存在,会导致离散多普勒频谱和真实速度之间的偏差。在雷达测速系统中运用能量重心校正算法来对离散频率进行校正,从而达到提高测速精度的目的。实验结果表明,该雷达测速系统的探测精度优于厘米每秒量级。     

宽波束高频雷达的超分辨率时-空级联处理

针对在宽波束高频雷达目标探测中传统傅立叶变换频谱分析方法多普勒分辨率较低的问题,提出了一种全超分辨率的时-空域级联信号处理方法.首先利用多重信号分类(MUSIC)算法获得频域超分辨率谱估计,构造出相应于各信号频率的信号子空间,将原始信号向各子空间进行投影变换以获得相应于各信号频率的阵列快拍,然后利用其进行空域超分辨率谱估计,获得相应的到达角.利用该方法能有效地采用短相干积累时间进行多目标的频率-到达角参数估计,从而有效地提高了宽波束高频雷达的目标探测和跟踪性能.数值仿真实验验证了该方法的有效性.     

步进频连续波采样频率跟随技术

本文介绍了一种步进频连续波雷达检测目标的原理,提出利用采样频率跟随法完成这种步进频连续波雷达的信号处理。即使用该方法可解决针对目标运动引起的步进频速度—频率耦合和速度—距离扰动等问题,在不同的步进频率下,通过采样频率跟随会使同一目标有相同的数字多普勒频率信号;再对步进频率的每个多普勒频点相位进行补偿,可以得到相对精确的距离—速度二维像。因此,采样频率跟随法是一种动目标距离—速度二维检测处理方法。     

基于非整数阶SSC盲移频的LFM雷达干扰技术

传统频谱扩展与压缩(SSC)盲移频干扰的阶数为整数,为了实现精确的位置干扰,需要调整不同的处理延时,在实际应用中存在一定的局限性。该文对整数阶盲移频技术进行了改进,提出了一种基于非整数阶SSC盲移频的LFM雷达干扰技术。该技术在干扰机处理延时不变的情况下,通过改变SSC盲移频的阶数来实现精确的位置干扰。该文推导了一种高效的非整数阶SSC盲移频干扰实现方法,同时通过Newman序列控制信号的初相来减小压制干扰信号的峰均比(PAPR)。仿真结果表明,该文算法在指定干扰机处理延时的情况下,可以实现假目标欺骗干扰和相参密集压制干扰,能够有效对抗脉冲压缩体制雷达,具有较好的工程应用价值。     

脉冲压缩激光雷达多普勒补偿方法北大核心CSCD

激光雷达动目标引起的多普勒频移较大,无法有效进行脉冲压缩且距离与速度耦合严重,严重影响激光雷达动目标检测性能及测距精度,针对上述问题,本文提出一种多普勒补偿方法,该方法采用双频共轭处理求解速度模糊,然后对目标进行多普勒补偿,同时解决激光雷达动目标距离速度耦合及脉压性能问题,提高目标检测性能和测距精度。采用目标回波仿真数据进行实验,实验结果表明了本文方法的有效性。     

基于MUSIC法的宽带分布式全相参雷达相参参数估计方法

宽带分布式全相参雷达具有高距离分辨力和高角度分辨力,可在实现对目标探测的同时获得更为精细的信息。其中,准确的相参参数是实现宽带全相参的关键。在远距离探测场景下,目标回波SNR较低,导致单部雷达无法探测到目标。如何在此情况下准确地估计相参参数,完成多部雷达相参合成,是分布式全相参雷达实现远距离探测的核心问题。本文首先建立了针对高速运动复杂目标的宽带Chirp去斜回波模型,并建立了相参参数的数学模型。然后,提出了基于MUSIC法的宽带分布式全相参雷达相参参数估计方法,通过估计观测目标的散射点个数、极点以及复幅度,重建宽带回波信号,并基于该无噪声重建信号估计相参参数。最后,利用仿真分析验证了本文提出方法在低SNR下的有效性。