激光雷达信号相位误差对合成孔径成像的影响和校正

针对合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar,SAL）,分析了信号相位误差对合成孔径成像的影响。建立了激光信号模型,分析了激光信号相干性对SAL方位分辨率的影响,给出通过本振信号延时处理保证相干性的解决方案。分析了LFM信号非线性失真对距离分辨率的影响,为同时解决激光LFM信号调制放大过程引入的脉冲间随机初相位问题,提出一种基于参考通道的LFM信号非线性失真和脉冲间随机初相位定标校正方法。给出了实验和仿真数据处理结果。     

合成孔径激光雷达成像算法

作为一种相干探测体制雷达,合成孔径激光雷达,以光外差探测技术记录目标的强度和相位信息,距离向原始数据为解线频调信号,文中把合成孔径雷达距离多普勒成像算法,推广至合成孔径激光雷达。详细分析了聚焦成像的相位补偿和距离徙动校正。最后用该算法处理了正侧视条带模式合成孔径激光雷达点目标的原始数据,得到了良好的成像结果。     

机载直视合成孔径激光成像雷达外场及飞行实验

报道了一个正弦相位调制的大视场机载直视合成孔径激光成像雷达。在室外3.8km进行了视场扫描并获得了高分辨率合成孔径成像。同时给出了该机载直视合成孔径激光成像雷达的3km飞行试验结果,获得了高质量大视场图像,其成像视场提高了一个量级,达到了4.8mrad。     

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.     

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。     

锐化函数对合成孔径激光雷达成像图像的影响

根据线性调频信号的特点和光外差探测的原理,推导了具有高阶相位误差时线性调频信号经合成孔径激光雷达外差探测后的输出信号表达式。结合参考通道的系统结构和基于锐化函数的相位补偿算法,通过模拟仿真,对比分析了参考通道类型对单点目标成像的影响。通过研究锐化函数的物理含义,对锐化函数相位补偿算法进行了误差分析。指出了锐化函数相位补偿算法的适用范围,以及实现高质量的合成孔径激光雷达探测成像需进一步考虑的问题。     

振动条件下机载合成孔径激光雷达成像处理

该文研究了单探测器和顺轨双探测器机载合成孔径激光雷达在振动条件下的成像处理问题。根据平台振动在短时间内对成像影响小的特点,基于单探测器激光雷达研究了子孔径成像与相位梯度自聚焦相结合的成像处理方法。为获得方位向长条带图像,分别使用了条带相位梯度自聚焦方法和基于多普勒中心频率估计的子孔径图像拼接方法,并分析比较了二者的性能。针对单探测器激光雷达的不足,提出了基于顺轨双探测器干涉处理的振动相位误差估计与补偿方法。仿真分析结果验证了该文方法的有效性。      

合成孔径成像激光雷达高分辨的一维距离像

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源成像系统,其突出优势是可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的成像质量.对激光波段的高分辨距离像进行了研究,介绍了合成孔径成像激光雷达一维距离像的室内实验系统,有效地对合成孔径成像激光雷达一维距离像进行模拟.首先,简述了一维距离像的成像原理.然后,分析了系统的关键技术,给出了系统框图和连接关系,并且针对激光调谐信号的非线性问题,利用多项式推导出非线性的激光信号表达式,提出了一种时域补偿高阶相位误差的补偿方法.最后,通过实验证明了所提方法可以有效地消除各个脉冲的非线性问题,并且表明所给实验系统的可行性.     

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。     

逆合成孔径成像激光雷达微多普勒特征分析

逆合成孔径成像激光雷达是一种结合将激光信号和逆合成孔径原理相结合的新体制雷达,能实现对运动目标的超高分辨成像,为提取目标的精细微动特征提供了新的途径。研究了基于逆合成孔径成像激光雷达的目标振动微多普勒特征,分析了目标运动时激光信号的高载频和大带宽对目标微多普勒特征的影响,并通过仿真实验对基于逆合成孔径成像激光雷达的目标微多普勒特征和基于微波波段逆合成孔径雷达的目标微多普勒特征进行了比较,证明了逆合成孔径成像激光雷达能够提供足够的分辨率来分析微小目标微动部件带来的多普勒效应。     

合成孔径激光雷达光学系统和作用距离分析

该文对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar, SAL)光学系统和作用距离进行了分析。根据SAL成像特点,提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念,并引入相控阵模型对其性能进行分析。通过在压缩光路中馈源和主镜两处使用二元光学器件,在口径300 mm条件下将2°接收视场信号收入光纤,对所需的相位参数和对应的波束方向图进行了计算仿真。给出了SAL作用距离方程,分析了相干探测和信号积累增益,明确了SAL具有良好的微弱信号探测能力的结论。针对实际应用需求,给出了一个远距离高分辨率机载SAL系统参数和工作模式。5 cm分辨率时,在连续条带成像模式下,其作用距离可达5 km,幅宽可达1.5 km;在滑动聚束成像模式下,作用距离可达10 km,幅宽可达1 km。      

天基合成孔径激光雷达成像参数分析

由于空间中没有大气，不存在大气湍流和大气衰减等问题，因此，相对于地基和机载合成孔径激光雷达（SAL），天基SAL有更好的应用前景。为验证中高低轨卫星间SAL成像的可行性，本文中建立了天基SAL成像模型，推导了星对星成像的相干积累时间和脉冲重复频率等参数。利用二体运动轨道外推法，建立了卫星轨道模型。并根据雷达天线波束宽度的限制，计算了激光雷达的收发天线方向图，提出利用目标增益曲线的3 dB波束宽度，获得最大合成孔径时间的方法。最后，通过仿真建立了六种天基SAL应用方式，并分析了不同应用方式下的成像参数，验证了天基SAL成像的可行性。本文的研究为天基SAL成像算法的研究奠定了基础。     

基于改进SVA和压缩感知的SAL旁瓣抑制算法

针对机载合成孔径激光雷达实测数据成像中旁瓣较高的问题,提出一种新旁瓣抑制算法。压缩感知理论表明,稀疏信号恢复重构过程的同时,信号旁瓣会被压低,但合成孔径激光雷达图像不是稀疏的。针对这一问题,提出了一种基于改进SVA（Spatially Variant Apodization）和压缩感知重构SAL图像的旁瓣抑制算法。首先,利用改进SVA算法将SAL图像变稀疏,然后再利用压缩感知算法对稀疏图像进行恢复。分别对SAL仿真数据和实际高旁瓣SAL复图像进行抑制旁瓣处理。仿真结果表明:该算法能够在保证主瓣不被展宽的前提下有效抑制SAL旁瓣。     

超宽带信号的产生及光纤传输的研究

提出了一种新的超宽带(UWB)脉冲产生的方法,并对其产生的数学原理进行了分析和实验验证。经过高斯信号调制的偏振控制器(PC)可以产生两个相位互补的相位调制信号,先通过PC调节两个正交的相位调制信号的静态相移,再经过偏振分束器(DBS)检偏后可以得到两路相位互补的高斯信号或二阶高斯信号,最后将这两路信号延时然后再经过偏振合路器(PBC)就可以分别得到一阶或三阶高斯信号。由于这3种脉冲的产生方式不同,频带宽度不同,在光纤中传输时对色散的容忍度也不一样,因此仿真分析了色散对这3种UWB信号传输特性的影响,得出了三阶高斯信号最适合UWB传输。     

A photoresistor as a multifunctional optoelectronic element

It is shown that the design of optoelectronic systems can be simplified considerably and their functionality can be extended through combined detection and processing of the information-carrying optical and electric signals by a photoresistor. Photoresistor-based devices that are used to generate amplitude-and phase-modulated signals and operate as synchronous detectors and spectrum analyzers are proposed. The factor of nonlinear distortions introduced by the photoresistor into a phase-modulated signal is estimated.     

收发分置前视合成孔径激光雷达成像系统研究

研究了一种新型的收发分置的前视合成孔径激光雷达(SAL)成像系统。给出了系统的结构模型,分析了系统成像原理,详细推导了点目标的回波模型和适用于前视成像的距离多普勒(RD)算法,最后通过Matlab对9点目标的情况进行了成像仿真,对点目标峰值中心的128×128点切片和方位向、距离向包络进行了详细分析,结果表明该系统可以有效地对雷达前视场景进行成像。     

均匀分布随机码调相噪声对PSK信号的干扰分析

区别于传统遮盖式噪声,针对PSK信号具有相位键控的特点,提出了利用构造均匀分布的随机码调相噪声干扰PSK信号的方法.该噪声采用与被干扰信号相同码速率的随机码调相,与被干扰信号谱形相似,从而具有好的干扰效果.以BPSK信号模型为例,假设在接收机完成同步的条件下,导出了其影响接收机解调的误码率公式,从而证明了该噪声有较好的干扰效果.仿真实验表明本文提出的调相噪声在不同干信比条件下比传统窄带高斯噪声有更好的干扰效果.     

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。     

High-Chip-Count UWB Biphase Coding for Multiuser UWB-Over-Fiber System

In this paper, we propose and demonstrate a novel technique to optically generate high-chip-count, phase-coded direct-sequence (DS) ultrawideband (UWB) signals for multiple-access UWB communications. In the proposed system, a lightwave from a laser source is phase-modulated by a Gaussian pulse train. The phase-modulated lightwave is then sent to a polarization modulator, to modulate the polarization state of the lightwave by a code pattern. The polarization-coded optical signal is then converted into a biphase-coded DS-UWB signal by a polarization-dependent frequency discriminator. The key device in the proposed system is the frequency discriminator, which is implemented using a length of polarization maintaining fiber (PMF) and a polarizer. A 127-chip, biphase-coding DS-UWB that has a data rate of 26.46 Mb/s and a chip rate of 3.36 Gb/s is experimentally generated. A multiuser UWB-over-fiber system is then proposed and a two-user system is demonstrated, in which the encoding is performed experimentally and the decoding is performed by numerically calculating the correlation between the coded UWB signal and the signature sequence. The signal of each user is well recognized. An effective two-user UWB-over-fiber system based on the DS-UWB technology is thus demonstrated.