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第38卷第4期V01.38 No.4红外与激光工程Inf.rared and Laser Engineering2009年8月Aug.20()9激光雷达逆合成孑L径成像技术现状及关键问题刘旭1,陈建文2,卢常勇1,王小兵1,程勇1 (1.武汉军械士官学校光电技术
研究所,湖北武汉430075; 2.空军雷达学院兵器运用工程全军重点实验室,湖北武汉430019)摘要:逆合成孔径成像激光雷达是成像雷达体制的创新和拓展.是逆合成孔径技术和激光雷达技术的创造性结合,以其理论上优异的成像性能和在军事、民用领域的应用前景引起了人们的关注。结 合国外典型的逆合成孔径成像激光雷达系统。介绍了该技术的研究进展和现状。理论上分析了激光波段 逆合成孔径成像技术相比于微波波段的优势和瓶颈。该技术具有方位向分辨率高、相干积累时间短等优 点。但其较大的多普勒频移致使运动补偿相位校正十分困难,讨论了激光雷达逆合成孔径成像技术发展 面临的关键问题。诸如激光光源频率稳定性需求、相干探测条件、运动补偿和大气传输补偿等。为进一 步对激光雷达逆合成孔径成像技术进行深入理论和实验研究打下了基础。关键词:逆合成孔径激光雷达: 中图分类号:TN2418.1 逆合成孔径成像;相干探测文献标识码:A文章编号:1007―2276(2009)04―0642―08DeVeloping technologies and key probIems of inVerse synthetic aperture lidarLIU Xul”,CHEN Jian-wen2,LU(1.Opto-Elec仃onicsChang―yon91,WANGXiao-bin91,CHENG Yon91F解iIity,Wuh觚0rdn卸ce Non.co倒lIIissioned o币ce体Academy,Wuh粕430075,Chilla; Academy,Wuh卸430019,C1lina)2.1(ey Re∞arch Laboratory,Air Force RadarAbstract:AsaninnoVation aIld deVelopment of theimaging棚arsystem,inVerse synthetic aperturelidar is creatiVe combiner of nle ISAR and lidar technology.Because of many adVantages in imaging and印plication prospect in nle military and ciVil afea,tlle technolog)r of inVerSe syntlletic apenIlre lidar isbecornjng research hotspot.The deVelopment and acmalit),of inVerse syntlletic aperture lidararedescribedcombiIling seVeral foreign typical systems.Compared witll me IllicrowaVe ISAR,the tecllIlology supedo―t)r and bottle-neckaremeoreticallyaIlalyzed.AsmeinVersesyntheticaperture1idarwofl【satareshon easilywaVelengtll,meadVaJltagesof high azimutll resolutionand short coherentaccumulation timeobtained.On t11e other hand,tlle more f诧quency compensation forⅡle syntIletic aperture nlotion ISAR becomeasshift of Doppler makes the phase correction of motiondimcult. Finally,the existed pmblems of the(1eVeloping inVersestability problem of thearelidar,suchfkquencylasersource,heterodynedetection, becompensation aIld atmoSphere compensation0nwell discussed.The resultsill nlis paper willhelpful in promoting funtler researchesinverse synmetic aperture lidar. ISAR imaging; Coherent detectionKey words:InVerse synmetic apercure lidar;收稿日期:2008―10―lO:修订日期:2008一12一lO基金项目:武器装备预研基金项目(51483010303Dz2406)作者简介:刘旭(1983一)。男,河南民权人,助教,硕士。主要从事激光器件、激光雷达成像等方面的研究。Email:gd妇s@263.nct万   方数据 第4期刘旭等:激光雷达逆合成孔径成像技术现状及关键问题径成像技术相比于微波波段的优势和瓶颈问题,讨论O引言激光技术的发展为雷达提供了一种更为理想的 辐射源.激光雷达将极高的下作频率和成熟的雷达技 术相结合。将光、机、电、算融合于一体,形成了具有独 特性能的崭新雷达体制。正是激光的良好相干性和极 高的工作频率,使得雷达的分辨率(角度分辨率、距离 分辨率和速度分辨率)得到了极大的改进。在军事技术高速发展的今天。雷达装备正严峻地面临着包含有激光雷达逆合成孔径成像技术发展的一些关键问题。1激光雷达逆合成孑L径成像技术发展及现状早在20世纪60年代末70年代初就有人开始研究光波波段的逆合成孔径成像技术。这个阶段的研究主要是在概念上进行了简单的实验验证。美国国家飞行器研 究实验室T.S.Lewis等人用波长为10.6恤m、功率为4W的连续CO:激光器作辐射源在红外波段实现了逆电磁干扰、隐身目标、低空突防和反辐射导弹的“四大 威胁”….激光雷达的发展使得雷达的“四抗”能力产 生质的飞跃,在低可观测性目标探测、高分辨率目标 成像与识别、高精度跟踪与测量等应用领域表现出突出的技术优势。合成孔径成像【蜘。实验中采取在目标处放置反射镜来获取本征光的方式实现外差探测,收发装置是固定的,目标在控制板上沿着一条直线匀速滑动,反射的回波在空 间与由反射镜反射的本征光进行相干叠加,得到包含目 标多普勒信息的回波信号,用所记录的多普勒频谱信息 制作一个光栅来实现目标图像的重建。如图l所示。图l (a)为回波数据,图l(b)为目标图像重建。该实验验证了 逆合成孔径原理在光波波段的实现,但是在实际中是不 适用的,因为在实际应用中不能通过在目标处放置反射镜来获取本征光的方式来实现外差探测。成像激光雷达是激光雷达家族中具有重要应用 背景和研究价值的一支。成像激光雷达按照探测器可 以分为单元探测器成像激光雷达和焦平面阵列成像 激光雷达。按照扫描方式可以分为机械扫描成像激光 雷达、光学相控阵电扫描成像激光雷达和非扫描成像 激光雷达。成像激光雷达的需求牵引和关键技术是获 得高的目标空间分辨率和成像速率12圳。获得高空间 分辨率的有效技术途径是.提高工作频率和光电探测器空间分辨率.提高帧速率的有效方法是,采用无惯性电子扫描和非扫描一次成像。因此,传统体制成像 激光雷达很难满足这些性能要求,基于光学相控阵的电扫描成像和基于焦平面阵列组件与激光泛光照明图l Fig.1 ISART.S.Lewis实验的ISAR成像结果 ima舀ng他sult of T.S.Le奶s experiment的非扫描激光成像技术成为获得高空间分辨率和成 像速率的生力军,基于SAR,IsAR技术的合成孔径激 光雷达成像正是出于这种认识而提出的。 国内研究人员对激光雷达SAR/ISAR成像技术 领域的研究涉及较少,参考文献[4】和[5】提出过合成 孔径激光雷达成像的问题.但是深入的研究和实验性的工作并未展开.国内至今还没有公开报道过采用逆20世纪80年代后,T1lomas G.Kyle提出了一种对连续激光源进行编码的逆合成孔径成像方式。通过 对回波信号进行快速Hadamard变换来获得目标的图 像【8】。具有代表性和重要意义的激光雷达逆合成孔径 成像技术研究进展及成果主要有以下几个范例。1.1“火池”C02激光雷达逆合成孔径成像【9-埘合成孔径方法研究激光雷达成像的问题。国外有几家 研究机构对激光雷达逆合成孔径成像问题进行了理 论和实验研究.并且取得了值得关注的研究进展卜wJ。 这些新进展使人们看到了全面提升激光成像雷达作战效能的前景。文中主要结合国外一些典型的激光雷1968年.在美国国防部高级研究署的资助下. MTI林肯实验室在马萨诸塞州西部浅滩的磨石山靶场上建成“火池”激光雷达研究中心.主要用于地基目标、航行器、弹道导弹和卫星等目标超远距激光雷 达的测量和研究工作。 1972年,林肯实验室的Robert S.Cooper教授论 证了宽带、大功率激光雷达距离一多普勒成像的问题。达ISAR成像系统。介绍激光雷达逆合成孑L径成像的 研究进展和技术现状,理论上分析激光波段逆合成孔万   方数据 fm红外与激光工程第38卷在随后的近十年中,由于技术原因“火池”激光雷达只确定激光雷达用于弹道导弹防御的要求和可行性。 1985年1月。该研究成功结题,次月即启动了激光雷 达光学识别技术项目。开始推进高功率激光雷达高分 辨距离一多普勒ISAR成像领域的研究工作。由于大气中的CO。对于工作波长为10.59斗m的进行了飞机和卫星的窄带单脉冲跟踪试验,一直未涉 及成像领域.但是成像激光雷达关键部件的研究设计 工作得到了快速的发展,David SpearS设计了宽带的 碲镉汞光电二极管和光电混合器。1976年,林肯实验 室研究出了宽带双边的GaAs光电调制器【9】,可以调制激光发射脉冲波形,获得ISAR成像所需的线性调光波存在窄带的吸收.大气传播不可避免地造成非线 性频率分散,导致宽带激光雷达信号的失真。因此,在再次改进的“火池”激光雷达中,所用的激光器已经采频信号或者非线性调频信号。光电探测器件和光电调 制器件的发明为激光雷达在ISAR成像领域的应用打下了基础。用一种稀有的CO:气体,可以使激光工作波长为11.17“m,大气传输对这一波段的吸收和影响并不显1981年.“火池”激光研究中心升级安装了高功 率、窄带宽放大器系统,工作波长为10.59斗m,1.2m著。改进的“火池”激光雷达主振荡功率放大器(MOPA) 是根据宽带成像的要求设计的,如图3所示。为了获 得大的激光放大增益.改进系统仍然采用短脉冲设 计。主要的新部件还有可编程宽带波形发生器(可以 获取线性和各种非线性调频信号波形)、宽带的激光 接收器件、宽带单边的电光调制器等。发射孔径,光束发散角为10“rad。同年,该系统成功 地获取了一个缓慢旋转运行的空间目标阿金纳D火 箭助推器的多普勒频率谱【9'圳,如图2所示,试验时激光雷达与目标的距离为l 350 km。这一试验成功地证明了激光雷达有能力捕获并且以单脉冲角度跟踪 非合作的低、中轨道的空间目标,当空间目标和雷达观测角度有一定范围时.目标运动对应的回波多普勒bputbeam变化可以被记录下来。但是,这时仍不能获得高分辨 距离一多普勒逆合成孑L径图像。0ptic4I图3高功翠宽带相干激光富达功翠放大器l吕p_Fig.3High―power wideb锄dcoh唧tlaser-radar锄lplifier Hz。改进的宽带成像激光雷达脉冲重复频率为8脉冲宽度为32¨s,激光脉冲的波形包含多种非线性 调频信号.宽带相干激光雷达最大的输出能量为100J/pulse,对应脉冲峰值功率为3.1 mW。激光雷达最初工作于24 J/pulse,在随后的ISAR成像试验时工作能量为40~60 J/pulse,图4为1992年改进的“火池”高功率宽带相干激光雷达系统。1990年3月4日.这一宽带激光雷达波形调制为高分辨带宽1 GHz的线性调频信号,成功地获取了图2网金纳D火箭助推器的3个相连回渡的多晋勒频率谱Fig.2世界上首幅轨道卫星的距离一多普勒ISAR图像,这 一海洋卫星的轨道高度800一l000 km。系统另有一1hree锄溉ssivefocket b00sterDoppler spec仃a ofa‰出lingA鲁%aD束可见光用于为跟踪系统提供精确伺服信号。两年 后。激光雷达距离一多普勒ISAR成像的距离上升到了l 500 kIn.绝大部分卫星的ISAR图像都是高度保1984年,战略主动防御组织建议林肯实验室使用 激光雷达获取和区分被动段飞行中的洲际弹道导弹弹头和诱饵目标。在美国国防部高级研究计划署资助密的。一张装备了角反射器合作目标的LAGEOS卫 星的激光雷达距离一多普勒ISAR图像19l如图5所示。下,林肯实验室开始致力于这一领域的研究,目标是万   方数据 第4期刘旭等:激光雷达逆合成孔径成像技术现状及关键问题标释放出纺纱筒状、最终膨胀成为2 m长的圆锥体。初始跟踪角度是由C波段和X波段的微波雷达获取.“火池”激光雷达提供优于微毫弧度的角跟踪精度并且对 探空火箭及其喷射物和膨胀过程中的诱饵目标进行实 时高分辨率的距离一多普勒ISAR成像。这一试验成功 地说明了成像激光雷达可以观测并对700 km以外的 再入飞行目标或诱饵进行ISAR成像。至此.研究进入 了具有战略意义的反导领域应用。1.2Nd:YAG激光雷达逆合成孔径成像MIT林肯实验室“萤火虫”试验的成功引起了美图4高功率宽带“火池”相干激光霄达系统结构图Fig.4国空军“Brilliant Eyes”计划办公室的关注,在空军军S仇lc帆0f“Firel,ond”high―powerl雠r吨挝arsystcmwideb锄d coherent方的支持下,林肯实验室Stephen Marcus和T110mas J.Green提出了采用低能量辐射源。二极管激光泵浦 Nd:YAG激光器的成像激光雷达设计思想,并且于 1994年首次报导了他们研制成功的固体激光逆合成 孔径雷达成像的实验装置【14J,系统以光外差方式进行 工作,固体激光雷达辐射源为连续运转的Nd:YAG固 体激光器,工作波长为1.06斗m,输出功率为10 mW。 光电探测器件为高速低噪声的P矾光电二极管,响应波长范围为400一l100舳,光敏面直径为250“m,图5 Fig.5LAGEOS卫星及其“火池”激光雷达ISAR图像 LAGEOS柚d its ISAR image collected by tl忙最大接收信号带宽为l GHz。成像实验装置如图7所 示,发射光束通过分柬器进行分光。一路光束通过两 次反射照射在由电机驱动的移动目标上.另一路通过“Firepond”lascr嘲盯 在该激光雷达首次成像试验后仅25天。林肯实验室成功进行了探空火箭的“萤火虫”试验【9_Ⅻ。图6为本振反射镜提供本振信号。设计时光束传输和本振信号不存在相位差。而目标运动引起的多普勒频移通过“火池”试验的轨迹和计划示意图。这一试验分别于 1990年的3月29日和lO月20日进行。试验目标利用 了“Terrier.Malemute”探空火箭和膨胀圆锥形气球.火 箭由国家航空和宇航局NASA于维吉尼亚州WalloDs 岛上发射升空.由位于马萨诸塞州的C波段和X波段 的微波雷达和“火池”激光雷达对其进行观测。诱饵目目标处反射光束带回到光分束器处进行光外差混频。 最终得到的多普勒差频信号通过探测器和放大器到达数字示波器进行记录,然后进行ISAR成像处理。 1995年,Stephen Marcus和Thomas J.Green课题组又报道了采用类似方案的Nd:YAG激光雷达进行 ISAR成像的成功实验旧,成像目标为距离辐射源2.5mLI、cpfad4f立‘.?“m”‘、”…“,’/o。:∥、:_菇黝Scope AmpIifier DetcctOf图6“火池”成像激光雷达系统“萤火虫”试验 Fig.6。Firefly”exp甜ment ofC02图7 Nd:YAG激光雷达逆合成孔径成像实验装置Fig.7i删lging?laser一髓darExp酣m明tal cOnfiguration fbr Nd:YAG las盯ISAR iIIIaging万   方数据 646红外与激光工程第38卷的军事目标M和坦克模型。尺寸为5cm。该实验辐目标为与背景反射特性不同的字母“NRL”.裱在45。倾 斜的铝质平台上,目标与辐射源之间的距离为30cm,射源为波长1.06阻m、功率5 mW的单模Nd:YAG激光器,理论上可以获得125“m的方位向成像分辨 率,实验装置同样采用一个低反射率的分束器来提供 进行外差探测所需的本征光,目标同样放置在一个可 以转动的圆盘上,以获得含有目标信息的多普勒回波 信号。图8给出了实验的成像结果。目标沿着x方向(即方位向)匀速运动。获得含有目标 多普勒信息的回波信号,成像结果如图lO所示。该实 验所得到的目标图像在方位向上的分辨率达到了190¨m,成为迄今为止,围内外公开报道的逆合成孔径 成像获得的最小方位向分辨率。图10美海军研究实验窀激光雷达逆合成孔径成像实验目标 Fig.10T哪etoflidar ISARimgjnginNRL图8Nd:YAG激光雷达逆台成孔径成像结果Fig.8 ResuIt of Nd:YAGl蹴rISARimaging experiment1.3美国海军研究实验室激光雷达逆合成孔径成像 2002年。美国的海军研究实验室M.Baslll(ansky等人用波长为1.55“m、功率为5 mW的单模可调谐 激光源也实现了对目标的二维成像n6J。实验装置如图 9所示。激光器输出端采用光纤耦合,90%的能量用来 对目标进行成像探测,10%的能量用来提供本振信 号,照射光束通过焦距为8 cm的透镜整形,在目标处 光束直径为l cm。采用InGaAs光电探测器件,成像 1.4日本通信实验室激光雷达逆合成孔径成像 1998年,日本通信实验室Shin Yoshikado和Tadashi 图ll“NRL”激光雷达逆合成7L径成像结果Fig.1l Result of lidar ISAR imaging in NRLAmga使用C02激光器对近红外波段二维逆合成孔径成像的可能性进行了实验室研究ml。2000年, 在此基础L研制了一个一维的10斗m波段的逆合成孑L 径激光雷达系统1191,系统采用两个CO:激光器,一个作 为发射机.另一个作为本征振荡机来实现外差探测。实 验中用一个小的孑L径收集静目标成像数据.对于沿直 线运动、且自身转动和幅度变化可忽略的目标,采用一 维孔径阵列收集数据。实验结果与仿真得出的理论数 据较为一致。对激光霄达逆合成孔径成像实现了概念 上的验证,下一步研究人员计划研制一个lO斗m波段图9美海军研究实验室激光雷达逆合成孔径成像实验装置 Fig.9 ExperimentaI conngufation for lidar IsAR imaging in NRL的能够进行室外远距离实验的激光雷达逆合成孔径成 像系统。万   方数据 第4期刘旭等:激光雷达逆合成孔径成像技术现状及关键问题647普勒频移,而雷达的多普勒分辨率又直接影响着成像2激光雷达逆合成孔径成像技术优势和瓶颈2.1方位向分辨率提高的相干积累时间。即:激光雷达逆合成孔径成像原理与微波雷达的逆 合成孔径成像原理基本相同.都是利用雷达与目标之 间的相对运动,经信号处理产生等效的大孑L径来获得 高的方位分辨率,其距离向分辨率都是由宽带的发射 信号带宽曰所决定。 设激光雷达发射孔径为D.与目标之间的距离为 R。,激光波长为入,则其3 dB的波束宽度近似为l册l:瓦寺=等=鬻㈣由公式(6)可以看出:激光雷达逆合成孔径成像 所需的相干积累时间很小,与逆合成孔径微波雷达相 比,在获得同样分辨率的情况下。其合成孔径的长度 要小得多.目标在相干积累时间内的转角也随之小很 多.逆合成孔径成像过程中散射点越距离单元徙动的问题也将随之改善。 2.3运动补偿相位校正%w2略(1)如图12所示,设在相邻两次观测中,目标对于雷r‘式中:鬣为加权展宽系数,当波束为均匀辐射时,K= 0.88,实际工程中9Bw一般有所展宽,近似取K=l‘驯, 则合成孔径长度k为:Ls-即‰=警方位向分辨率为:(2)D妒?帕堋、\f ljf¨) (3)fffLad盯wavepa2茁2斌2亨 胪等=盘=争性。能够实现高性能、远距离的探测。 2.2成像相干积累时间减小图12逆合成孔径成像雷达与目标的的几何模型Fig.12 Geome研c model of ISAR radar and target由公式(3)可以看出:激光雷达逆合成孔径成像 的方位分辨率等于实际天线孔径的一半.由于光学接 收孔径远远小于微波雷达发射孔径.因此,激光雷达 大大提高了方位向分辨率。减小了对目标环境的依赖达视线转过了一个很小的角度△D,则散射点从p点 移到了p.点,其纵向位移为: 每P=0 siIl(日一△日)一0sin9=一讳sin△8一yP(1一cos△p)(7) 式中:工,,),,为散射点p相对于转台轴心的坐标。纵向 位移△y。引起子回波的相位变化为121’:逆合成孔径成像激光雷达与目标的的几何模型如图12所示,在满足远场条件下,单个散射点以(t,转 速转动.对应的瞬时多普勒为【2l也】:△矿一半瓴=一二}【_%siIl△9一蚱(1-cos△8)](8)兀=半工瞬时多普勒频率差为:(4)若△9很小,则公式(8)可近似写为:对于同一距离单元内横向距离为血的两个散射点,△%4誓%的(9)公式(9)表明:两次回波的相位差正比于横距工。,反比 (5)鱿=挚血=孚于工作波长A。相干积累时间内的回波信号相位变化 是比较大的,导致了在运动补偿过程中。相位校正变 得十分困难。在逆合成孔径成像时。目标的运动参数 都是未知的,往往采用根据回波信息估计多普勒的方 法,根据估计得到的多普勒计算出相邻回波的相位差式中:’,,为目标相对于雷达的切向相对运动速度,所 以,瞬时多普勒频移和工作波长成反比,激光雷达极 小的工作波长使得其逆合成孔径成像获得极大的多万   方数据 红外与激光工程第38卷并加以校正I豇喝】,由公式(5)可知:激光雷达的多普勒频移很大,想要获得较高的估计精度是十分困难的。3.2相干探测技术激光雷达逆合成孔径成像采用相干探测体制,通 过光频外差相干探测目标运动的多普勒频移。相干探3激光雷达逆合成孔径成像技术关键问题激光雷达逆合成孑L径成像技术虽然取得初步的 成果.但是其快速全面的发展仍然面临着一些关键问 题的制约.主要包括激光器辐射源、相干探测、运动补 偿信号处理和大气传输影响及补偿等。3.1激光器技术测具有对系统噪声不敏感,适合远距离等优点.但由于激光的波长较短。实现其相干探测存技术上是很有难度的。首先,需要具有频率稳定的相干辐射源,使得 参与混频的信号光和本振光是理想相干的单频单模 光源。其次,在光混频器上,信号光与本振光偏振方向 需要一致.在光敏面上两束光尽量能够相互重合.不 重合的部分对中频信号无贡献。只会带来噪声,信号 光和本征光必须保持空间上的角准直。两束光的角度 偏差要满足下面的公式:激光器作为激光雷达的辐射源,是系统最重要的 关键器件之一。为了实现远距离和高性能的探测,整 个成像系统的战技指标对激光器的技术指标提出了 很高的要求,诸如合适的工作波长以尽量减小大气传 输的影响,较小的发射孔径以满足较高的成像分辨 率,较大峰值功率以获得远距离的探测,合适的T作 重复频率以解决距离模糊和作用距离对脉冲重复频 率的限制关系问题等。另一方面,由于逆合成孔径成 像采用相干探测体制。为了获得最佳的相干信号,要 求参与混频的信号光和本振光应是理想相干性的单 频单模光,而且一般要有优于10。8的频率稳定度,频 率稳定度通常是指激光器在一定的观测时间1.内频 率的平均值1J与该时间内频率的变化量△1J之比。即 s。(丁)=v/△以D(10)o<AL加(11)式中:^为本征光的波长;d是探测器光敏面的直径,这对光学耦合系统的设计提出了苛刻的要求。最后,相干探测的接收终端也要求有足够的灵敏度.并对噪声不敏感.光电探测器应有灵敏度均匀的光敏表面、足够的 高频响应和稳定的量子效率。相f探测技术的突破有待于这一系列问题的解决。 3.3逆合成孔径成像运动补偿技术运动补偿技术一直是逆合成孔径雷达成像的核心 和难点。至今微波波段ISAR成像中的运动补偿技术仍 然不十分成熟。对微波辐射而言,保持预期大小的相位 误差是比较容易的,但对于激光波段而言,则是相当困 难的,正如文中2.3节所讨论。因此,如何减小回波的相从理论上.激光频率的稳定问题可以归结为设法 保持腔长和激光介质折射率稳定。而影响频率稳定的 外界因素主要有温度、大气、机械振动和磁场等,因 此,稳频方法主要有恒温、防震、密封隔声和稳定电源 等,实验证明:对于CO:激光器,采用恒温、防震装置 之后,其频率长期稳定度可达10。量级,如果要提高 到lO’8量级以上。这种被动稳频方法很难达到。需要采用主动稳频方法,目前主要有兰姆凹陷稳频、塞曼 效益稳频和饱和吸收稳频等【洲。位误差,对成像目标进行有效的运动补偿,是激光雷达 逆合成孔径成像技术的重要研究内容,提出有效的相 位校正信号处理算法是必须要锵决的一个问题。 3.4大气传输的影响及其补偿 逆合成孔径成像激光雷达应用于大气环境中,需 要考虑大气对雷达系统的影响。大气对逆合成孑L径激 光雷达的影响主要有大气消光和大气湍流两个因素. 大气消光会使信号随雷达到目标之间的距离成指数 形式而衰弱,在远距离探测中,大气消光将成为信号 衰弱的主要影响因素㈣。大气湍流会使回波信号的相位延迟发生变化。整个合成孔径内的平均相位变化会C02激光器以其优异的相干性能和大气窗口效 应,在远距离激光雷达逆合成孔径成像领域中前景广 阔,但是实现其高功率放大.技术复杂.成本高昂。半 导体泵浦固体激光器具有体积小、效率高、全固态结 构等优势,是较有潜力的相干激光光源,但目前短波 长固体激光器实现远距离工程应用仍很遥远。改变成像散射点的位置.相位变化中的线性部分会导 致像点方位位置的改变.更高阶的相位变化将使脉冲响应加宽而导致像点模糊。影响成像分辨率。ThomasJ.Karr对大气湍流对逆合成孑L径激光雷万   方数据 第4期刘旭等:激光雷达逆合成孔径成像技术现状及关键问题649达成像分辨率的影响进行了研究㈨,发现虽然逆合成 孔径过程对相同条件下在真空中发射天线到目标的 距离和在湍流中发射天线到目标的距离两者之间的 差值是敏感的。但对光学波段在湍流媒介中进行孔径 的合成仍是可行的,方位向的分辨率会受到湍流的影 响,而距离向的分辨率不受湍流的影响。大气湍流对 方位向分辨率的影响由波前倾斜移动结构函数(用来 描述在收发往返传播中湍流对光波相位及振幅的影 响)来决定.可以通过研究与之相适应的信号处理算 法来补偿大气传输带来的相位误差,以减小对成像质量的影响。【13】 【12J 【ll】 【10】 【8】microns….Pr∞mEE,1970,58:178l一1782.KYLE TG.Hi曲rcsolutionlaserimagingsystem【J】.App 0pt,1989.28(13):265l一656.【9】GSCH、掩NDTNERcoherentAB,KEICHERW E.DcVelopment ofLaboratoryla∞rr甜aratLincolnLabo豫lory【J】.Li咖kA,etJoumaI,2(X)(),12(2):383―396.SCHI『I 1Z K,DAVIDSON S,STEIN laser radar for a1.Range D0ppler firefly experimen协,midcour眈di虻dmination曲eAI从一93―2653【D】,1993.SCHULTZKL.FISHER S.Ground-ba龋d laser亿dar measu一地ments of satellite vibrations【J】.App opt。1992,31(36):7690―7695.ZHU Da-yong.Superlong伽geD叩plerl撤rradar,NAIC―ID(RS)T一0318―96【D】,1996.Z删Da-y彻g.Super long叶‘angeand Laser GREEN TDoppler laserradarfJ】.Inf―丑red4结论【14】EngineeriⅡg,19%,25(1):8一15.(in Chinese) J,Jr.,MARCUS S,CoLELLAimaging wimB D.Synnletic?逆合成孔径成像激光雷达是新体制成像雷达的 创新和发展.是现有的逆合成孔径技术和激光雷达技 术的完美结合.是相关科学技术不断发展的必然产 物。其理论上优异的成像性能和在军事、科研以及民 用领域的广阔应用前景值得高度重视。国外的相关研究正在从实验室阶段稳步地向丁程应用阶段推进,虽【171 【16】 【15】apeml他?mdera∞lid-s眦l础【J】.Appopt,1995,34(30):6941―6949. MARCUS S,COLLELLA B D。GREEN T J,Jr.Solid-statc laser synt}IeticapenIIrcrader【J1.App Ropt,1994,33(6):960_964.E,et theBASHKANSKY dimensionalM,LUCKEapertureL,FUNKina1.Two―syntheticimagingoptical domain【J】.opt协,2002,27(22):1983一1985.BASHKANSKY apenum imaging applicationtoM,LUCKEatR L,FUNK E,et aI.Syntlletic然国内在该领域的研究工作还未起步.但在其重要的 研究价值和应用背景的需求牵引下.随着国内外在各 项技术上的不断推进和突破。相信在不久的将来,激 光雷达逆合成孔径成像技术会得到更多研究人员的支持和关注。并且飞速地发展。【19】 【18】15斗rII:labomtorydemonsn饥ion∞d potentialpl柚et surf牡e stIldies【D J,/Pmceedin铲of SPm,HiglIly I加oⅧnve S阳∞Tde懿。畔Concepb,2002,4跗9:48―56.YoSHlKAD0 apefture S,ARUGA la∞r T.Fe鹋ibility for study of syntlleticin行眦dradar techniquesimaging ofsⅢc锄d moving objects【J】A印l opt,1998,37(24):563l一5639.YOSⅢ}㈣S,ARUGA T.Sh叭棚gc V鲥ficati∞experim∞tofa参考文献:[1】LIUAimal one.din把nsional syIlIleticathe 10斗mapeftu咒infi啪d l雠rrad盯opa‘ated inband【J】.AppI opt,2000.39(9):142l―1425.19Ilo,WU C’mi甜忙ng.StIldyontlIe fourco吼0啪ne勰urcs【20】DAIYong{i锄g.Prindple ofL躐r砌dar【M】.Be玎ing:NatioIIalImaging 1khnoIo醪c印abil时of ul咖一、Ⅳide b卸d豫dar【J】.S蛐pb0吼rd Dectro疵Defen辩IIldustry P陀ss,2002.(in Chinese) 【21】 BAOCo岫teme鹪u他.2(105,28(5):18―21.(in【2】ZHAOChine辩)zheng,X矾GMeng也o.RadarYu柚,C~)(i巾ing,C脏Nzh∞g-xi卸,et a1.oven,iew【M】.BeUing:PIIblishing Hou辩of Elecmc Industry Pmss,2006.(in Chinesc)of imaging laser radartechIlique【J】.La辩r锄dInf髓删,2(J()o,【22】30(6):328―330.(in Chine∞) 【3】NIzHANGcheng怕.SyIItheHc ApertIl他bdar【M】.Beijing:InlagingShu―xin.Review∞development of n他new i胧喀ing lasersystems【J】.La辩r andScience Press,1989.(in Chine∞)叫ar【4】Infmred,2006,36(S):732―736.(iIl【23】LIU Yong―tam.Radar1'echnology【M】.HaIbin:HarbinChine辩) ZHANG Yun,WU Jin,TANG Yong.xin.Syntlleticapertu佗l栅InstitIlte Technology Press,1999.(in Chine∞)【24】LAN)(in ju.La辩r (in Chine辩)TecIIIlolo鲥【M】.Beijing:Scien∞Press,2005.radar【J】.La辨randoptoehtroIli娼Progre鹳,2005,42(7):【25】48―50.(in Chine∞)YANG zIlao,SUN extinction La靶rDong哟ngforLIQiallg.Re啊eVal of atmosphcre【5】LI ofFan,WU Sh锄g―y柚g,Z阳三NG Yong_chao,et aI.oVerviewthec∞mcientimaging 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measu rements of satellite vibrations .LIU Ai-WU Gui-sheng Study on the four countermeasures capability of ultra-wide band radar[期 刊论文]-Shipboard Electronic Countermeasure 2005(05)引证文献(1条) 1.黄涛.胡惠灵.胡以华.赵楠翔 空间目标识别中的激光探测技术[期刊论文]-激光与红外 2010(7)本文链接:http://d..cn/Periodical_hwyjggc.aspx
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