機載合成孔徑激光雷達系統(tǒng)設計與算法研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、合成孔徑激光雷達(Synthetic Aperture Ladar,SAL)作為合成孔徑技術與激光雷達技術相結合的產(chǎn)物,以激光作為發(fā)射信號,利用大帶寬激光信號和虛擬的合成孔徑實現(xiàn)目標的超高分辨二維成像,成為遠距離獲得厘米級分辨率的唯一光學觀測手段。近年來,SAL逐漸得到國內(nèi)外研究人員的重視,并相繼進行了一些機載試驗,比如,2006年美國雷聲公司及諾斯羅普-格魯門公司分別成功演示了機載合成孔徑激光雷達實驗;在2011年,美國的洛克希德-馬

2、丁公司完成了機載合成孔徑激光雷達系統(tǒng)的設計和樣機制作,同時進行了飛行實驗并取得了成功。該試驗飛行高度為1.6km,對地成像的分辨率優(yōu)于3.3cm。這些試驗均表明了SAL在空間遠程探測和高分辨率成像應用中具有巨大的潛力。
  合成孔徑激光雷達作為合成孔徑技術從微波波段到光波波段的延伸,它們的基本原理同合成孔徑雷達基本相同,但是由于激光波長較微波波段小4個數(shù)量級以上,導致了二者在具體實現(xiàn)上又存在很大的區(qū)別。在走向具體應用的過程中也存在

3、了很多問題。其中有兩個問題亟待解決,第一是激光波長一般都在微米量級,導致激光光斑較小,影響了成像場景的幅寬;二是大帶寬線性調頻信號的調制與脈沖重復頻率之間的矛盾將會導致方位信號的模糊。本文基于以上研究背景,對機載合成孔徑成像激光雷達成像算法問題進行了探討,利用概念分析、理論推導、數(shù)值仿真驗證等對所提的合成孔徑激光成像算法進行了分析與驗證。
  文章的具體內(nèi)容框架作如下安排:
  第一章為本文的緒論,首先對合成孔徑技術的發(fā)展歷

4、程做了簡單的梳理和回顧,然后介紹了合成孔徑激光雷達的發(fā)展狀況及現(xiàn)狀,最后對本文的研究背景與意義進行了介紹。
  第二章對介紹了合成孔徑激光雷達在系統(tǒng)成像過程中所需的基本理論知識,之后分析了合成孔徑激光技術走向實際應用過程中的關鍵技術問題。
  第三章將合成孔徑成像技術中常用的掃描模式引入合成孔徑激光雷達成像技術中,并針對合成孔徑激光雷達光斑腳印小成像范圍小以及激光調制技術受限的問題,提出了一種SAL多通道掃描工作模式下的成像

5、方法。采用多通道體制,以空間采樣彌補時間采樣的不足,并采用空域濾波方法解決了多普勒模糊的問題;通過控制波束指向,使其周期性的在不同子測繪帶之間掃描來實現(xiàn)寬測繪帶成像。針對掃描模式短孔徑對寬場景成像易造成圖像模糊的問題,采用譜分析(SPECAN)思想,將圖像聚焦在方位頻率域。
  第四章將合成孔徑雷達中常用的寬場景測繪模式(Terrain Observation byProgressive Scans mode,TOPS)推廣到SA

6、L中,并針對SAL的信號特性,提出了一種適用的成像算法。首先,采用基于譜分析的方位預濾波方法,消除由于波束轉動導致的方位信號模糊問題,獲得信號無模糊的二維頻譜;然后利用改進的頻率變標算法(Frequency Scaling Algorithm,F(xiàn)SA)完成距離壓縮及距離徙動校正,并校正平臺連續(xù)運動引入的多普勒頻移;最后結合Dechirp技術將信號聚焦在方位頻域,獲得無模糊的SAL圖像,并保證了算法的效率。
  第五章基于合成孔徑技

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