合成孔径激光雷达的理论实验探究及算法分析

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1、本实验中，探测和接收系统是固定不动的，目标在控制板上做匀速直线运动，目标的反射光与反射回来的本征光进行了相干叠加，这样就得到了包含有冃标多普勒信息的回波信号，从而进行冃标图像信息的处理。实验结果如图1.2所示。该实验验证了在光波波段实现合成孔径的可行性，但是在实际应用中却是不可行的，因为实际中不可能仅仅以反射镜作为目标来实现外差探测。图1・2（a）点目标实验数据（b）处理后的目标图像90年代后，麻省理工学院（MIT）林肯实验室首次设计了用固体激光器作为辐射源的合成孔径成像实验装置，如图1.4所示，本实验中用了一个低反射率的透光窗，用以提供外差探测所需的本征光。该实验室

2、采用了波长为1.06pm.功率为5mW的单模Nd:YAG激光器作为辐射源，该军事目标模型放在一个圆盘上，距离辐射源为2.5m,获得含有多普勒信息的回波信号，进行了合成孔径激光雷达成像实验。实验最后的成像结果如图1.5所示。orTEACO2LaserStablizedCO216/84ImagePlaneMask硫sectorChopper、图1.3三维成像实验装置图MotionMonitoringOpticsAnalyzerHgCdTeDetector图L4林肯实验室实验装置图图1・5军事目标成像结果到2000年以后，美国海军研究实验室（NRL）也进行了合成孔径激光雷

3、达的研究。实验中用波长为1550/2/71＞功率为5mW左右的单模可调谐激光器也实现了对如图1.7所示的目标进行了二维成像。装置如图1.6所示。图1.7是实际目标的图像，图1.8是所得到的目标图像成像结果，在方位向（即x方向）上的分辨率可以达到90pmoRefereneeInterferometerHCNcell图1.6实验系统不意图图1.7实际目标图像2mm图1.8经过处理以后的图像林肯实验室和海军研究实验室所做的实验，都是在目标匀速运动的情况下进行的，近来美国空军实验室的Walter.F.Buell等人用波长为1.5pm的半导体光纤激光器对合成孔径雷达的成像进行了

4、实验研究，该实验首次在发射孔径运动而目标固定不动的情况下进行的，获得了真正意义上的合成孔径激光雷达图像，图1・9为实验系统示意图，图1.10为实验中的实际目标截图，图1.11本实验所得到的成像结果。BSlBS2｛射天线激光器►、/]••回波信弓BS4C丰准通iBS5A/D检波器2发射J接收信号处理~rI亦像显示BS6HCH

5、彳检波器3

6、—・

7、触发器｝波长里准和触发通道图1.9美国空军实验室系统示意图图1.10实际目标图像图1.11光学合成孔径图像2006年8月18H,美国诺斯罗普一格鲁曼公司经过多年设计并且成功建造了全世界第一个合成孔径激光雷达系统，并U成功对其进行了

8、实际演示。通过演示证明，该系统可以提供的图像分辨率更高，影像质量接近于摄影质量，足以满足现代战争的更高要求。精确度和分辨率如此之高，成为雷达发展史上一个重要的里程碑。我国在最近几年也对合成孔径激光雷达也进行了一系列比较初步的研究。其屮最具有代表意义的是中科院上海光机所，中科院空间激光通信及检验技术重点实验室刘立人等人于2009年7月也实现了合成孔径激光雷达的二维成像实验，实验布置如图1.12.发射mirrortranslationstage小孔和接收小孔分别采用了方形孔来替代圆形孔，这样对于提高成像的分辨率更加有利。目标采用两个“V”字形的图案（如图1.13）,用特殊

9、材料的反光膜制作而成。使用电脑控制的平动机械模拟SAIL与冃标之间的相对位置的运动，并且同时进行数据采集。本振光束臂的长度比较接近目标距离，这样便减弱了非线性碉啾和光频的同步相位误差，HCN吸收盒光路主要使得采样时的起始光频同步。激光器采用的是1550nm的单模碉啾半导体激光器，输岀功率约为2讪，目标距离为3.2m,本振反射镜与目标中心的差距约为20伽，衍射照明主光斑为lOimn的方形光斑。成像结果如图1・14•由图可知，成像结果比较好的反应岀了目标的特征信息，是我国合成孔径激光雷达成像技术的里程碑。、hir[wdlnscr■Jtransmittingi^ctaiig

10、ularpitdioleacollimatorD014Hi：!digital<>s<*illcomputerlaboratory-scaleSAILtargetpinhole

11、

12、mirror图1.12SAIL的实验布置图18min图1・13所使用的目标图案24・8-6-4-ZUZ4b8Azimuthdirectionlength/mm图1.