合成孔径激光雷达技术分析

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1、2合成孔径激光雷达技术研究而是通过天线与目标间的移动获得的，飞行在不同时刻到达不同位置，再将不同位置处的信号记录下来。等记录到足够数目的阵元信号后，再对它们进行相位补偿，使对某处目标的信号是同相相加，这时即可实现对该点的聚焦。而等效天线阵列的最大长度，即被定义为合成孔径长度(对每一点目标而言)。SAR是利用与目标作相对运动的小孔径天线并采用信号处理方法，获得高方位(横向距离)分辨率的相干成像雷达【21，如图1．2所示。在sAR系统中，一般发射与接收装置同在一个运动平台上。在平台的运动过程中，雷达以一

2、定的脉冲重复频率发射探测信号并接收和记录来自目标的回波信号，记录下回波信号的强度信息和相位信息。把在各个位置上接收到的一系列回波信号存储起来，然后运用合成孔径技术对存储的数据进行综合处理，便可得到高分辨率的目标图像。图1．2合成孔径示意图合成孔径的长度等于真实孔径的天线所能照射的范围：D“2云矗(1-1)式中，D。——合成孔径长度；名——发射信号的波长；研——发射天线孔径直径；R——雷达到目标的距离。SAR通常利用发射宽带信号来获得高的距离分辨率；利用雷达与目标的相对运动，经信号处理产生等效的大孔径

3、来获得高的方位分辨率。距离向分辨率：所2寺(1·2)第一章绪论方位向分辨率：见=譬(1—3)其中D一光速；卜雷达发射信号带宽。与真实孔径雷达相比，在距离方向上SAR与真实孔径雷达相同，利用发射宽带信号来获得高的距离分辨率；而在方位方向上真实孔径雷达的分辨率是衍射极限分辨率，sAR是通过合成孔径原理来实现高的分辨率，其理想分辨率与目标距离无关。在机载和星载情况下，通常雷达和地面目标的距离为几十公里至上千公里，对于真实孔径雷达要想获得高的方位向分辨率，必须把天线波束做得非常窄，而窄波柬的天线需要非常大的

4、天线孔径，这在工程上实现起来是很困难的。然而对于SAR，在方位向上的理论分辨率仅由发射天线的直径决定，而与距离无关，所以可以用小的发射天线孔径来获得高的方位分辨率。1．1．2激光雷达激光雷达以激光振幅、频率、相位和偏振作为信息的载体。激光雷达根据其接收方式的不同可分为直接探测型和相干探测型。相干探测型激光雷达根据其收发装置是否共用一套设备又有单稳与双稳之分。激光雷达和微波雷达并无本质区别，在原理方框图上也十分类似，如图1．2所示131。微波雷达激光雷达图1．2激光雷达和微波雷达探测原理的比较激光雷达

5、的工作波长较短，与微波雷达相比，相差3个数量级，而且激光又是单色的相干光，因而激光雷达呈现出极高的分辨本领和抗干扰能力，使激光雷达独具特色，为它在各方面的应用奠定了基础。它的主要优点归纳如下p-5J：(1)具有极高的角分辨能力。在光波波段按照瑞利判据由于分辨率通常与波长成反比，而与光学接收孔径成正比，由于工作波长较短，采用小的光学接收孔径4合成孔径激光雷达技术研究就能获得极高的分辨率。如在100km处仅用100伽的光学接收口径就可分辨相距lm的两个目标。如果对距离和多普勒信息进行相干处理，可获得更高

6、角分辨的目标图像。(2)具有极高的距离分辨能力。采用脉冲测距法。由于激光脉冲宽度可做到皮秒量级，因此距离分辨力就是毫米级。实用的卫星测距仪已采用O．I砌的脉宽，其距离分辨力达2锄。(3)速度分辨力高、测速范围宽。由于当目标与雷达之间存在相对速度时，接收到的回波信号的载频就要相对于原发射信号的载频产生一个频移，即多普勒频移，其表达式为：以=2吖A(1．4)式中疋为多普勒频移，y为雷达与目标之间的径向速度，A为载波波长。从该式中可看出，由于激光雷达工作波长较短、多普勒频率灵敏度高，故具有极高的速度分辨力

7、。其速度分辨力已达到毫米每秒级。测速范围已做到O．011Il，p3000州s。“)可以获得目标的多种图像，完成高精度距离和速度的同时测量。由于激光雷达的上述3个特点，就可以获得目标反射激光的辐射几何分布图像、距离选通图像和速度图像等。通常需要同时测量目标的距离和速度(多普勒)，而这种能力在微波范围因其频率较低而受到限制。根据有关理论可知，在用雷达技术同时完成速度与距离测量中存在：(△y)(可)=l即(2衄／c)(2△叫∞=1(1—5)其中：△少是用延迟时间表示的距离分辨率，△厂是多普勒频率的速度分辨

8、率，因此存在(△R)．(△矿)=c旯／4的关系，正因为激光波长较微波短的多，因此对距离胄及速度y的测量精度可以高得多。(5)抗干扰能力强。激光雷达在超低空下工作时，不仅能正常跟踪，而且可得到清晰的图像。它采用单色光，而且发射波极窄，隐蔽性好，抗干扰性好。(6)可以用于水下探测和水下通讯，这是其他雷达不可比拟的。由于激光光谱中某些波长的激光在水下传播时(如蓝绿光频段)基本不会被水分子吸收，即水对某些波长的激光是“透明”的，这一光波频段也被称为“窗口”。利用这一特性已实现