1 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201304
2 上海微小卫星工程中心，上海 201304
对采用天基逆合成孔径雷达（ISAL）对300~2000 km轨道高度的低轨（LEO）目标的掠飞和绕飞成像模式进行了性能分析及可行性探究，分析了成像分辨率和成像时间、最小无模糊脉冲重复频率（PRF）和回波信噪比（SNR）等系统关键指标，并进行了对比。研究结果表明：绕飞成像模式相比于掠飞成像模式可以实现对于目标的多角度持续观测，且绕飞周期较短(1.5~2.1 h)，可以快速获取更为丰富的目标信息，具备进一步三维ISAL成像的潜力；脉冲积累时间虽然更长，但在300~2000 km轨道高度范围只有130~190 ms （掠飞成像为0.1~130 ms）；最小无模糊PRF （对于10 m转动直径的目标，约为15 Hz）减少一半（减少了对激光器高重频的要求）；由于更长的脉冲积累时间，绕飞模式的回波信噪比更高，通过后期处理可以获得更为清晰的图像结果；适用于对重要目标和高价值资产进行快速、高分辨率、全方位的持续观测。而掠飞模式适用于对相近轨道高度面的LEO目标进行遍历和成像，从而建立目标的特征库。
成像模式 天基 逆合成孔径激光雷达 LEO目标 imaging mode space-based Inverse Synthetic Aperture LADAR LEO targets 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220679
1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室, 北京100190
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
合成孔径激光雷达是实现计算成像的一种重要途径。首先,介绍了多通道逆合成孔径激光雷达(ISAL)样机、成像探测实验及信号处理方法。然后,阐述了样机系统组成和关键技术解决途径。接着,利用基于一发多收脉冲体制和全光纤光路的相干激光雷达样机,给出了地面运动车辆目标的成像探测实验结果。最后,在收发扩束宽视场条件下,验证了多通道ISAL的高分辨率成像能力和顺轨干涉运动补偿成像方法的有效性。
成像系统 逆合成孔径激光雷达 相干成像 干涉处理 激光扩束 运动补偿 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811017
1 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院, 北京 100094
提出一种基于相干光纤束(CFB)的无扫描、无透镜3D内窥成像方法。与传统内窥成像方法相比,该方法以裸光纤束端面为探头,无需集成任何微光机元件,结构简单,体积小,极易微型化。该方法融合了合成孔径激光雷达(SAL)、宽带线性调频激光雷达和数字全息激光雷达等,利用宽带线性调频激光器产生主动照明信号,并采用CFB收集、传输目标散射回波,同时根据离轴数字全息原理通过使用高速CCD阵列相机记录回波信号,最后利用SAL数据处理方法重构目标3D图像。建立了3D内窥成像系统的数学模型,给出了3D内窥成像的数据处理方法。理论和仿真结果表明,所提方法克服了光纤束固有结构造成的像素化图像伪影,具有精确的横向和纵向3D成像感知能力。
成像系统 图像探测系统 3D内窥成像 合成孔径激光雷达 离轴数字全息 光学学报
2021, 41(18): 1811003
1 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院, 北京 100049
地球同步轨道(GEO)空间没有大气干扰,光束在GEO空间中传输不会衰减,也不会出现波面畸变,是合成孔径激光雷达(SAL)技术的理想应用场所。天基SAL可为GEO目标提供超衍射极限分辨率的光学图像。为了实现这一目标,利用在万有引力作用下绕地心沿不同圆周轨道运动的天基SAL和GEO目标的三维坐标关系,建立了基于光学外差探测的天基SAL成像理论模型,研究了与轨道参数有关的成像数据处理方法。研究结果表明,利用万有引力轨道运动,天基SAL能够对GEO目标实现超衍射极限分辨率成像;轨道半径、轨道平面夹角、成像位置等参数的变化会影响成像数据的处理过程,降低成像分辨率,造成聚焦图像的几何形变。交会点附近是天基SAL最佳的成像位置,此处天基SAL与GEO目标之间的距离近,聚焦图像的几何形变小,成像分辨率高。
遥感 高分辨率成像 合成孔径激光雷达 轨道运动 光学学报
2020, 40(18): 1828002
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
3 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室, 陕西 西安 710071
合成孔径激光雷达(SAL)是合成孔径与激光雷达的结合体。由于SAL的工作波长较短,可以在短时间内实现高分辨率成像,近年来发展较快。但短波长也会带来其他问题,对于机载SAL,其波长比载机振动幅度小1~2个数量级,所以载机的振动会给回波带来较大的相位误差,传统的惯导系统很难达到激光波长级的定位精度,需要进行基于数据的自聚焦才能实现SAL成像。针对这一问题,提出一种利用最小熵自聚焦(MEA)和deramp结合的全孔径成像算法,并利用该算法对SAL实测数据进行了成像处理,成像结果证明了该算法的有效性。
遥感 合成孔径激光雷达 全孔径成像 最小熵自聚焦 相位补偿
1 中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院, 北京 100049
合成孔径激光雷达(SAL)具有成像距离远、分辨率高、速度快等特点,在天基空间目标成像领域有重要的应用前景。针对天基SAL成像中回波信号弱、噪声大、成像质量差等问题,提出在交会点附近连续长时间观测的思路。基于简单假设,建立采用光学外差探测的天基SAL成像理论数学模型,获得回波数据方程,给出成像处理流程、成像分辨率和图像信噪比,数学仿真了不同信噪比下的天基SAL空间目标成像。理论分析和仿真成像结果表明:当回波数据信噪比高时,任何子段数据均可形成空间目标的高分辨率图像;当回波信号微弱、数据信噪比低时,采用连续长时间观测数据形成目标子图像,将所有子图像进行叠加,提升了目标图像信噪比,改善了成像质量。
遥感 雷达图像 天基合成孔径激光雷达 信噪比 图像叠加
1 中国科学院 电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了探索大随机相位误差条件下合成孔径雷达(SAL)成像特点和规律, 本文采用波长为1 550 nm 的线性调频激光器建立了能够产生大的共模随机相位误差的条带模式SAL成像实验装置。利用此装置获得了不同目标回波强度下条带模式SAL成像实验数据, 结合条带模式相位梯度自聚焦(PGA)多次迭代处理, 获得了高分辨率SAL图像。实验发现在［-645π,645π］范围的大随机相位误差下, 通过简单的距离压缩和方位匹配滤波, 无法实现SAL图像聚焦, 图像信噪比仅为3 dB。进一步采用PGA处理, 就能很好地校正相位误差, 得到聚焦良好的SAL图像, 图像信噪比达到43 dB。实验还发现, 当存在大共模随机相位误差时, PGA处理展现出非常强的鲁棒性, 在回波弱到10-15 W的情况下依然有效。在大相位误差存在的SAL系统(如机载SAL)中, PGA处理能有效消除相位误差, 实现图像聚焦; 另外, 增大探测激光功率以提高成像数据信噪比, 将有助于提升PGA处理效果。
合成孔径激光雷达 条带模式 随机相位误差 相位梯度自聚焦 synthetic aperture ladar(SAL) stripmap mode random phase error phase gradient autofocus(PGA)
1 中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2 北京卫星信息工程研究所 天地一体化信息技术国家重点实验室, 北京 100086
3 中国科学院大学, 北京 100049
利用1 550 nm波长的可调谐光纤激光器, 建立了DSAL(Differential synthetic aperture ladar)高分辨率成像演示实验装置。在1.85 m的目标距离上, 开展了合作目标的DSAL成像实验。利用基本的DSAL成像理论, 重构了目标回波的相位史数据, 实现了高分辨率合成孔径成像。详细给出了不同方位运动条件下获得的DSAL图像。实验结果表明: 利用经过DSAL技术重建后的目标回波相位史数据, 能够形成聚焦良好的高分辨率DSAL图像。这显示了DSAL技术对共模相位误差的稳健消除能力。此外, 不同方位运动条件下的DSAL成像结果表明, 在超过规定方位运动速度30%的范围内, 均可观察到良好聚焦或至少可接受的DSAL图像, 表明DSAL系统对方位运动速度变化有一定范围的适应能力。
差分合成孔径激光雷达 相位史数据 成像 方位运动速度 differential synthetic aperture ladar phase history data imaging azimuth speed 红外与激光工程
2018, 47(12): 1230003
1 航天工程大学 电子与光学工程系, 北京 101416
2 航天工程大学 航天信息学院, 北京 101416
针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时, 其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题, 在建立机动目标精确回波信号模型的基础上, 提出一种基于积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换的成像算法.在距离压缩时, 首先采用积分立方次相位函数快速估计出回波脉冲的调频率, 进而在最佳旋转角下采用分数阶傅里叶变换实现距离像压缩, 消除距离色散.经过运动补偿后, 在方位压缩时结合积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换与Clean技术实现对每一距离单元上强弱散射点的分离成像, 解决由于机动运动产生的方位多普勒时变而形成的图像散焦问题.最后, 通过散射点模型的仿真实验, 验证了所提方法的有效性.
逆合成孔径激光雷达 机动目标成像 积分立方次相位函数 分数阶傅里叶变换 Clean技术 Inverse synthetic aperture ladar Maneuvering target imaging Integral cubic phase function Fractional Fourier transform Clean technique 光子学报
2018, 47(11): 1128003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种直视合成孔径激光雷达的高速空间相位调制方法。将一束空间偏振光束分为两束同轴同心且正交偏振的光束。在交轨向, 将两个光束调制成随时间正弦变化且变化方向相反的空间相位; 在顺轨向, 将两束光调制成具有符号相反曲率半径的相位, 在慢时间轴上产生与目标顺轨向位置有关的空间二次项相位历程。此种调制方法, 在顺轨向具有自动补偿抖动的功能, 可以有效地防止平台抖动对成像的影响。
合成孔径激光雷达 直视 高速 相位调制 synthetic aperture ladar down-looking high-speed phase modulation 红外与激光工程
2018, 47(10): 1030001
