合成孔径激光雷达自适应成像技术

合成孔径激光雷达成像分辨率与成像距离无关,但在相同激光发射功率的情况下,合成孔径激光雷达的成像分辨率要求与成像距离要求是相互矛盾的。为解决这一问题,从合成孔径激光雷达成像的基本原理出发,给出了合成孔径激光雷达成像的方位分辨率与发射孔径的关系以及回波信噪比方程,分析了回波信噪比与成像距离、光源平均发射功率和发射孔径之间的关系。提出了一种合成孔径激光雷达自适应成像技术,成像系统根据回波信噪比自动调整发射孔径大小使回波信噪比限制在一定范围之内,以实现对远距离目标的大孔径低精度成像以及近距离目标的小孔径高精度成像。研究结果可以为合成孔径激光雷达的设计与应用提供一定的参考。     

天基合成孔径激光雷达非合作目标成像系统设计与实验

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。相比机载、陆基等应用环境,空间没有大气湍流和机械振动,非常适合合成孔径激光雷达应用,而合成孔径激光雷达本身分辨率不随距离变化的优点,也利于空间大尺度距离探测。建立了对非合作目标进行高分辨率成像监测天基合成孔径激光雷达成像模型,对系统中关键参数进行分析,针对地球静止轨道上的目标进行了系统设计,提出系统实现工程化需要进一步突破的关键技术。结合理论分析,设计了缩比模型验证实验,利用转台模拟空间卫星间运动,得到了方位向分辨率1 mm的目标图像,证明了系统分析的合理性和该系统的实用性,对天基合成孔径激光雷达技术的推广具有一定意义。     

多发多收合成孔径激光雷达高分辨率宽测绘带成像

合成孔径激光雷达（SAL）是作为未来远距离高分辨率对地区域观测的理想方式。针对传统的单发单收合成孔径激光雷达系统中高分辨率和宽测绘带的矛盾导致测绘带宽窄的问题,提出一种多发多收合成孔径激光雷达工作体制,该体制工作在低PRF模式,保证了距离向测绘带的不模糊,在方位向采用了多通道技术,利用虚拟孔径和真实孔径结合实现了方位向的多普勒不模糊。通过自适应波束形成将多通道数据合成大带宽无模糊数据,实现高分辨率宽测绘带成像。首先简述了方位向多通道技术提高方位向分辨率的原理;随后提出了多发多收合成孔径激光雷达的工作体制,并且给出了该工作体制下的信号模型,针对低脉冲重复频率条件下的多普勒模糊问题,提出了基于自适应波束形成解模糊信号处理方法。最后,通过三发三收体制验证多发多收合成孔径激光雷达工作体制的可行性。     

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.     

分布式小卫星多中心频率SAR实现宽域二维高分辨率成像

分布式小卫星SAR能够打破传统单星SAR测绘带宽和方位分辨率的矛盾。该文分析了一种沿航向排列分布式小卫星宽测绘带二维高分辨率成像技术,每颗卫星同时发射接收不同频率的线性调频信号,先分别在每个子带解方位多普勒模糊,并将方位多普勒中心频率调整至零频,然后在距离向进行子带拼接得到大带宽的线性调频信号从而得到高的距离向分辨率。此外,这种多发多收的工作方式还增加了系统平均发射功率,提高了信噪比。     

一种新的高重频宽带相干激光雷达系统研究

该文提出一种新的同时具有高重复频率和大带宽性能的相干激光雷达系统。该系统基于IQ调制器正交调制技术与带宽合成信号处理技术,使得系统能够同时满足大带宽和高重复频率的要求,解决了传统激光雷达宽带信号调制速度慢的问题。该系统能够生成高重频、大带宽的相干线性调频激光雷达信号,在高分辨距离成像、(逆)合成孔径激光雷达成像、距离分辨的振动测量等方面,具有重要的应用价值。文中阐述了宽带高重复频率调制的原理和方法、基于微波域频率步进的带宽合成信号处理方法,并进行光纤环路实验和自由空间实验。作为演示,该激光雷达系统获得了16.7 kHz重复频率、6 GHz带宽,实现了优于2.5 cm距离向分辨率成像及远距离运动目标逆合成孔径激光雷达成像。实验结果证明了该系统与方法的有效性。     

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.     

高分辨率合成孔径激光雷达的系统设计及算法研究的新进展

介绍了合成孔径激光雷达的基本原理和优缺点,简述了高分辨率合成孔径激光雷达的国内外研究进展。围绕成像分辨率和成像时间这两个关键指标,从系统设计和成像算法这两个角度分析了合成孔径激光雷达的发展趋势。分析表明利用参考通道的系统结构代替传统的单一通道的系统结构,可以降低激光器输出信号的非线性误差对成像分辨率的影响。在匹配参考通道的基础上,采用非匹配通道和成像算法在保证系统成像分辨率条件下,提高了合成孔径激光雷达系统的实用性。指出利用光学处理器的全光结构代替单纯依靠成像算法进行数据处理,是一种新颖的实现实时成像方法,是高分辨率合成孔径激光雷达的一个发展方向。进一步指出了在校正算法方面,有待进一步研究的问题。     

10m衍射口径天基合成孔径激光雷达系统

分析了用于对地成像的天基合成孔径激光雷达(SAL)系统指标,采用10m口径膜基衍射光学系统以满足功率口径积的要求,用合成孔径雷达相控阵天线模型分析了器件参数和衍射光学系统的波束方向图。针对大口径衍射光学系统存在的孔径渡越问题,提出了基于数字信号处理的高距离分辨率信号补偿聚焦方法。研究结果表明:10m衍射口径天基SAL系统有可能对远距离特定目标进行高数据率、高分辨率成像跟踪,该技术的实现具有一定的可行性。     

基于三维成像处理的稀疏阵列天基雷达运动目标探测方法北大核心CSCD

利用阵列天线合成孔径雷达技术能够实现目标三维成像。对于天基雷达,通过对天线进行稀疏化,在空间分辨率要求高、设备体积质量约束条件多的工作环境中具有显著优势。在此基础上,文中进一步开展稀疏阵列天基雷达运动目标探测方法的研究,基于在交轨向应用大型稀疏线阵、顺轨向采用合成孔径技术、距离向发射线性调频信号的工作机制,提出对获取的回波信号分别进行修正均匀冗余阵列正反编码空间调制和干涉处理来实现运动目标探测。仿真表明:相比于直接三维成像结果,应用文中方法得到的三维图像分辨率虽然有所降低,但是能够有效地实现运动目标的探测。     

X波段1GHz宽带接收系统的设计与实现

为了实现距离维高达0．3m的高分辨率成像，逆合成孔径单脉冲雷达采用了宽带接收、宽带信号的产生与处理技术。综述了应用于ISAR中的X波段1GHz宽带接收系统的关键技术问题和接收系统的设计与实现。讨论了去斜接收、指标分配、信号产生、通道设计等关键技术，并给出了研制方案和实测数据。     

星载高分辨频率步进SAR成像技术

星载合成孔径雷达(SAR)是一种2维高分辨率微波成像雷达。它通过发射大带宽信号实现距离向高分辨,通过合成孔径技术实现方位向高分辨。随着人们对分辨率需求的不断提升,星载SAR正朝着分米级分辨率发展。一方面,受限于现有器件水平,可以通过频率步进技术实现大带宽信号发射,需要研究高精度子带拼接技术、子带间幅相误差对成像的影响与补偿技术;另一方面,受限于有限的波束宽度,可以使系统工作在聚束模式或滑聚模式实现长合成孔径,此时需研究轨道弯曲、“Stop-go”假设误差、电离层与对流层传输误差等非理想因素对成像的影响与补偿技术。因此,该文详细介绍了频率步进信号时序设计与子带拼接,研究星载高分辨率频率步进SAR成像算法与非理想因素补偿方法,最后给出成像算法的仿真验证和性能分析。      

基于窄带步进频率的旋转目标三维ISAR成像

针对窄带发射信号,该文提出了基于步进频率的高速旋转目标三维成像方法。在运动补偿的前提下,首先利用单距离匹配滤波在子脉冲内进行二维逆合成孔径雷达像,然后结合CLEAN技术估计散射点参数,利用此参数在多个步进信号之间及多个距离单元内分别进行ISAR成像,最后利用频域距离合成技术在距离向实现高分辨,从而实现三维成像。该方法避免了旋转目标所引起的多普勒变化对距离合成的影响,能有效提高距离分辨率。多个散射点目标的仿真验证了该方法的有效性和可行性。     

反雷达伪装成像检测系统二维超分辨实现

设计和完成了一套微波成像系统.根据反雷达伪装微波成像的应用需求,系统采用阶跃调频连续波体制和合成孔径技术,可实现对外场全尺寸伪装目标的高分辨二维成像.传统FFT成像方法计算过程比较简单,但分辨率低,图像相对比较粗糙,对50米远处目标的二维分辨率仅能达到0.5m×0.5m.非线性空间谱估计(DOA)即超分辨技术可大大改善在系统带宽内处理空间信号的估计精度和分辨率.随着该技术的日益完善,近年来被广泛应用于雷达成像领域,用来提高距离和方位分辨率.2D-RELAX算法是较易实现的一种精度高、鲁棒性好的超分辨算法.通过对某型伪装示假目标的成像结果表明,在同样的硬件条件下,其对分辨率确有较大改善,可以达到0.25m×0.25m,接近系统分辨率的理论最小值,图像也较精确.     

临近空间慢速平台SAR快速成像模式研究及算法研究

临近空间慢速平台合成孔径雷达成像效率低,本文提出一种方位向多波束切换成像模式,实现其对地面区域的快速成像。其基本思路为将方位向测绘带划分为多个子测绘带。同时将所需方位向采样率提高相应倍数。在方位向各采样点周期性的照射方位向各子测绘带。对比传统条带成像模式,本文提出模式可有效提高慢速平台成像效率。当方位向子波束个数足够大时,其方位向成像效率可快于快速平台。所提出的成像模式可同时实现对地面的高分辨率宽测绘带成像。本文给出了系统设计关键参数的计算公式及信号处理流程。仿真结果验证了本文提出成像模式及信号处理流程的有效性。      

ISAR imaging for three-dimensional rotation targets based on adaptive Chirplet decomposition

In this paper, a new algorithm of inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging for three-dimensional (3-D) rotation targets is presented. The characteristic of the received signal when the target has 3-D rotation is studied, and it is approximated as multi-component amplitude modulated and frequency modulated (AM–FM) signal. Then a new algorithm for the adaptive Chirplet decomposition is presented to analyze the AM–FM signal, and the high quality instantaneous ISAR images are obtained based on the Range-Instantaneous-Doppler (RID) algorithm. The results of simulated and real data demonstrate the effectiveness of the method proposed.     

短程宽带FMCW雷达信号非线性校正方法研究

调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）具有重量轻、截获概率低、高分辨率成像等优点,但其发展受到限制的一个重要因素是发射信号中存在非线性误差。本文针对一部X波段4.8GHz带宽短程调频连续波成像雷达系统中非线性误差较大的问题,提出了一种基于高阶模糊函数（High-order Ambiguity Function ,HAF)和重采样的非线性误差校正方法。该方法结合压控振荡器( Voltage Controlled Oscillator,VCO)的频率电压特性将非线性差频信号拟合为多项式相位信号（Polynomial Phase Signals,PPS）,利用HAF对多项式相位系数进行估计,并利用插值完成非线性误差校正。仿真和实测数据处理结果表明,该方法能准确有效地校正FMCW系统中的非线性误差,且工程适用性强。      

相位调制激光雷达成像设计及仿真

逆合成孔径激光雷达（ISAL）相比逆合成孔径雷达（ISAR）,其信号源具有更小的发散角,同分辨下具有更小的合成孔径累积角度的优点,从而获得关注。但是因为ISAL采用激光器为雷达信号源,而且激光雷达与微波雷达调制原理不同,导致在ISAR中主流的扩频方案如线性调频并不适用于真实的ISAL。为了获得高重复性的并且在极短时间内宽频的探测信号,采用了光通信中广泛使用的最长序列相位调制。在说明了其远场回波信号模型和对应的成像算法之后,指出了其与传统算法之间的区别。最后,使用由多个散射中心点组成的成像目标,进行了成像算法仿真和结果分析。仿真参数与成像结果表明:该方法为一种可采用的实时ISAL调制方法。