合成孔徑激光雷達(dá)(Synthetic Aperture Ladar, SAL)作為合成孔徑技術(shù)與激光雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,以激光作為發(fā)射信號(hào),利用大帶寬激光信號(hào)和虛擬的合成孔徑實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的超高分辨二維成像,成為遠(yuǎn)距離獲得厘米級(jí)分辨率的唯一光學(xué)觀測手段。近年來,SAL逐漸得到國內(nèi)外研究人員的重視,并相繼進(jìn)行了一些機(jī)載試驗(yàn),比如,2006年美國雷聲公司及諾斯羅普-格魯門公司分別成功演示了機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)；在2011年,美國的洛克希德-馬丁公司完成了機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和樣機(jī)制作,同時(shí)進(jìn)行了飛行實(shí)驗(yàn)并取得了成功。該試驗(yàn)飛行高度為1.6km,對(duì)地成像的分辨率優(yōu)于3.3cm。這些試驗(yàn)均表明了SAL在空間遠(yuǎn)程探測和高分辨率成像應(yīng)用中具有巨大的潛力。合成孔徑激光雷達(dá)作為合成孔徑技術(shù)從微波波段到光波波段的延伸,它們的基本原理同合成孔徑雷達(dá)基本相同,但是由于激光波長較微波波段小4個(gè)數(shù)量級(jí)以上,導(dǎo)致了二者在具體實(shí)現(xiàn)上又存在很大的區(qū)別。在走向具體應(yīng)用的過程中也存在了很多問題。其中有兩個(gè)問題亟待解決,第一是激光波長一般都在微米量級(jí),導(dǎo)致激光光斑較小,影響了成像場景的幅寬；二是大帶寬線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制與脈沖重復(fù)頻率之間的矛盾將會(huì)導(dǎo)致方位信號(hào)的模糊。本文基于以上研究背景,對(duì)機(jī)載合成孔徑成像激光雷達(dá)成像算法問題進(jìn)行了探討,利用概念分析、理論推導(dǎo)、數(shù)值仿真驗(yàn)證等對(duì)所提的合成孔徑激光成像算法進(jìn)行了分析與驗(yàn)證。文章的具體內(nèi)容框架作如下安排：第一章為本文的緒論,首先對(duì)合成孔徑技術(shù)的發(fā)展歷程做了簡單的梳理和回顧,然后介紹了合成孔徑激光雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀,最后對(duì)本文的研究背景與意義進(jìn)行了介紹。第二章對(duì)介紹了合成孔徑激光雷達(dá)在系統(tǒng)成像過程中所需的基本理論知識(shí),之后分析了合成孔徑激光技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。第三章將合成孔徑成像技術(shù)中常用的掃描模式引入合成孔徑激光雷達(dá)成像技術(shù)中,并針對(duì)合成孔徑激光雷達(dá)光斑腳印小成像范圍小以及激光調(diào)制技術(shù)受限的問題,提出了一種SAL多通道掃描工作模式下的成像方法。采用多通道體制,以空間采樣彌補(bǔ)時(shí)間采樣的不足,并采用空域?yàn)V波方法解決了多普勒模糊的問題；通過控制波束指向,使其周期性的在不同子測繪帶之間掃描來實(shí)現(xiàn)寬測繪帶成像。針對(duì)掃描模式短孔徑對(duì)寬場景成像易造成圖像模糊的問題,采用譜分析(SPECAN)思想,將圖像聚焦在方位頻率域。第四章將合成孔徑雷達(dá)中常用的寬場景測繪模式(Terrain Observation byProgressive Scans mode, TOPS)推廣到SAL中,并針對(duì)SAL的信號(hào)特性,提出了一種適用的成像算法。首先,采用基于譜分析的方位預(yù)濾波方法,消除由于波束轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的方位信號(hào)模糊問題,獲得信號(hào)無模糊的二維頻譜；然后利用改進(jìn)的頻率變標(biāo)算法(Frequency Scaling Algorithm, FSA)完成距離壓縮及距離徙動(dòng)校正,并校正平臺(tái)連續(xù)運(yùn)動(dòng)引入的多普勒頻移；最后結(jié)合Dechirp技術(shù)將信號(hào)聚焦在方位頻域,獲得無模糊的SAL圖像,并保證了算法的效率。第五章基于合成孔徑技術(shù)提出一種合成孔徑激光三維成像雷達(dá)的工作模型,高度向采用線性調(diào)頻信號(hào)的匹配濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分辨率,沿航向利用合成孔徑技術(shù)頻域壓縮算法實(shí)現(xiàn)高分辨率,而在跨航向通過實(shí)孔徑陣列實(shí)現(xiàn)高分辨率。第六章對(duì)全文的工作進(jìn)行了梳理總結(jié),并對(duì)合成孔徑激光雷達(dá)下一步的研究提出了相應(yīng)的建議。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN957.52
【部分圖文】：

圖像，這些新思想促進(jìn)了?Ｘ波段巧干雷達(dá)的研制［＂］。１９５７年，美國Ｍｉｃｈｉｇａｎ大學(xué)??采用ＳＡＲ系統(tǒng)成功獲得了全球首張ＳＡＲ圖像，從此后ＳＡＲ逐漸引起了人們的??關(guān)注腳。??１９６７年，格林伯格率先提出Ｔ在衛(wèi)星上安裝合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的想法。基于??衛(wèi)星為載體的ＳＡＲ系統(tǒng)具有測繪帶寬寬、成像面積大等諸多優(yōu)點(diǎn)，科學(xué)家們迅速??展開了?航天飛機(jī)、衛(wèi)星等為載體的合成孔徑技術(shù)的研究。經(jīng)過五年的不懈努力，??美國航空航天局（Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ?ａｎｄ?Ｓｐａｃｅ?Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，?ＮＡＳＡ巧日噴氣動(dòng)力??實(shí)驗(yàn)室（Ｊｅｔ?Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，評(píng)Ｌ）對(duì)Ｌ波段星載ＳＡ民進(jìn)行了校飛。??１９７８年，ＮＡＳＡ發(fā)射了全球首顆裝載著ＳＡ民系統(tǒng)的ＳＥＡＳＡＴ－Ａ衛(wèi)星，如圖??１．１所示為ＳＥＡＳＡＴ－Ａ衛(wèi)星及其成像結(jié)果，該衛(wèi)星的運(yùn)行高度約為８００ｋｍ，工作波??段為Ｌ波段，測繪帶寬的寬度為１００ｋｍ，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)地表一億平方公里的區(qū)域??的測繪［４４＾。ＳＥＡＳＡＴ－Ａ衛(wèi)星的發(fā)射對(duì)人類從太空觀測地球具有里程碑式的重要意??義，使得人們?nèi)〉昧舜罅浚浊拔丛@取的地表信息，引起了科學(xué)家們的特別關(guān)注。??實(shí)現(xiàn)了星載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室的理論研巧到實(shí)際應(yīng)用研究的跨越。??

２００８年１月，ｙｊｌ色列的ＴｅｃＳＡ民衛(wèi)星成功發(fā)射［７６－７８］，十天后獲取了第一副合??成孔培雷達(dá)圖像。該衛(wèi)星重量為３（Ｋ）ｋｇ，其中包括１００ｋｇ的合成孔徑雷達(dá)有效載荷，??該系統(tǒng)具有有多種王作模式，并能在２４小時(shí)內(nèi)提供雙倍數(shù)量的可用情報(bào)。如圖１．２??所示，為ＴｅｃＳＡ民衛(wèi)星分別對(duì)港曰和火山曰的成像結(jié)果。??（ａ）港口成像結(jié)果?（ｂ）火山曰成像結(jié)果??圖１．２?ＴｅｃＳＡＲ衛(wèi)星對(duì)港口和火山口的成像結(jié)果??１．２．２國內(nèi)合成孔徑雷達(dá)發(fā)展與現(xiàn)狀??我國對(duì)合成孔徑技術(shù)的研究開始于上世紀(jì)屯十年代，大致經(jīng)歷了起步和發(fā)展??兩個(gè)階段。??１）起步階段??巧７３年，中國科學(xué)院電子研巧所率先進(jìn)行了合成孔徑技術(shù)相關(guān)的調(diào)研工作。??并于王年后成立了?合成孔徑成像雷達(dá)為研究方向的研究室，展開了對(duì)機(jī)載合成??６??

１９９４年，我國成功研制出采用數(shù)字成像處理的機(jī)載ＳＡＲ系統(tǒng)，該系統(tǒng)分辨率??為ｌＯｍｘｌＯｍ，工作于Ｘ波段，成功實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)字圖像的獲取。同年７月，廣西??西江發(fā)生水災(zāi)，圖１．３所示是由該系統(tǒng)獲取的西江部分水災(zāi)地區(qū)的ＳＡ民圖像。圖??中白線為西江堤岸，左右兩側(cè)黑色區(qū)域?yàn)樗疄?zāi)區(qū)心１。??圖１．?３中科院Ｘ波段ＳＡＲ成像結(jié)果??２０１０年，我國將遙感衛(wèi)星１０號(hào)成功地送入太空，該衛(wèi)星具有穿透能力，可Ｗ??穿過許多遮蔽物，從而探測到遮蔽物Ｗ下的區(qū)域，對(duì)于探測地下Ｗ及海中的目標(biāo)??具有重要作用，同時(shí)該系統(tǒng)還能夠追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，在軍事制圖上也具有重要作用，??該系統(tǒng)的成功發(fā)射標(biāo)志著中國第二代ＳＡＲ衛(wèi)星時(shí)代的到來口３１。??７??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 蓉生;;日本地球資源衛(wèi)星1號(hào)(JERS—1)簡介[J];遙感技術(shù)與應(yīng)用;1991年01期

本文編號(hào)：2851219