逆合成孔径成像激光雷达微多普勒特征分析
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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。
关键词 ： 多普 勒效 应 ； 微 逆合 成 孔径成 像激 光 雷达 ； 目标 识 别 中图分 类号 ：Ｎ ５ Ｔ ９８ 文献标 识码 ： Ａ
Ｍ ｉ ｒ Ｄｏ ｐ ｅ ｅ ｔ ｒ ｎ ｌ ｓｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｙ ｔ ｔｃ ｃ ｏ— ｐ ｌ ｒ ｆ ａ ｕ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｉ ｖ ｒ ｅ ｓ ｎ ｈｅ ｉ
信息 ， 现有 的成 像方 法是 一种 有 效补 充 。 目前 ， 对 微 多普 勒特 征提 取技 术 已被 广泛应 用 于雷 达 目标 的检
测 、 别 和重建 等 领 域 ， ． ． ｈ ｎ等 人 较 为 系统 地 识 Ｖ Ｃ Ｃｅ 研究 了 目标加 速 、 转 、 动 、 旋 振 翻滚 状 态 下 的微 多 普 勒频 移 ， 详 细分 析 了 高分 辨 时频 分 析 方 法 在 微 多 并 普勒 信息 提取 中 的应 用 Ｊ 。文 献 ［ ］ 用 了 ｃｉ ９采 ｈｒ －
ａｅ ｕｅｒｄ （Ｓ Ｒ） ａｄｔｅｓ ｕａ ｏｓ ｅ ｏｓ ａ ａ ｔｅＩＡＬ ｃｎｐｏｉｅａｅ ｕｔ ｒｓｌｔｎｆ ｘｒｃｏ ｐ ｒ ｒ ａ ＩＡ ，ｎ ｉ ｌｔｎ ｍ ｎｔ ｔ ｔ ｔｈ Ｉ ａ ｒ ｄ ｄｑ ａ ｏ ｉ ｒｅｔ ｔ ｎ ｔ ａｒ ｈ ｍ ｉ ｄ ｒｅ ｈ Ｓ ｖ ｅ ｅ ｕｏ ｏ ａｉ
激 光 与 红 外
Ｎ ． ２ １ ｏ５ ０１
王 硕 等
逆 合 成 孔 径 成 像 激 光 雷 达 微 多 普 勒 特 征 分 析
５７ ０
微小 的运 动会 对 回波信 号 产 生 调 制 作 用 ， 加 目标 增 主体 部分 多普 勒频 率 的边 带 信 息 ， 常 称 之 为 微 多 通 普勒 效应 。微 多 普 勒 效 应 体 现 了 目标 微 动 部 件
第４ ｌ卷 第 ５期
２ １ 年 ５月 ０１
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
激 光 与 红 外
Ｌ Ｓ Ｒ ＆ Ｉ Ｆ Ａ Ｅ Ｎ ＲＡＲＥ Ｄ
Ｖ０ ． 】４１． ． Ｎｏ ５ Ｍａ ２ ｙ， ０１ １
文章编号 ： ０－ ７ （０Ｉ０－ ０ － １ １ ０８２ １）５ ５６ ５ ０ ５ ０ ０
・ 光应用 技术 ・ 激
ｒ） ｅｐ ｊ／ ｒ 一 ； ） ）・ ｘ （ｒ （ ） ＇ ｒ ｚ
（） ４
明 ， 过提取 人 体行 走 时 摆 臂 和 呼 吸 时 胸膛 起 伏 产 通 生 的微 多普 勒特 征来 实 现人体 目标识 别 的技术 途径
是 可行 的 。
对式（ ） ４ 进行 快 时 间 和慢 时 间 域 的二 维 傅 里 叶 变换 即可获 得 目标二 维像 ， 目标像 的距 离分 辨 率为 ：
处 理 及 计 算 机 应 用技 术 等 。 Ｅｍａ ：＿ｕ ＠ ｉ９ ｃｍ — ｉ ｙ ｌｏ ３ ．ｏ ｌ
收 稿 日期 ：０ ０１ －７ 修 订 日期 ：０ １０ －５ ２ １． ２ ； ２ ２ １ －１２
首次 报道 了它们 成功 研制 的 固体 激 光合成 孔径 雷达
实验 装置 。２ ０ ０ ２年 ， 国海 军研 究 实 验室 用 波 长为 美 １５ ， 功率 为 ５ｍ 的单 模可 调谐 激光 源在 实验 ．５ｐ ｍ， Ｗ
和 主体部 分 的相互 关 系 ， 以 为 目标 重 建 提 供 更 多 可
号 的存储 和处 理 都 比较 困难 ， 此外 ， 目标 与雷 达距 若
离较远 ， 激光信号 的相位信息也不能通过直接探测 得到 ， 因此 ＩＡ Ｌ利 用光 外差 探 测 方法 进行 成 像 ， ＳＩ 其 参考 信 号为 ：
２ Ｔ ｌ ｏ ｍ ｎ ａｉ ｎｉｅｒ ｇＩｓｔｔ， ｉ ＦｒｅＥ ｇ ｅｒ ｇＵ ｉ ｒｉ ， ｉ ｎ７ ０ ７ ， ｈｎ ） ． ｅ ｃｍ ｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇｎｅ ｎ ｔｕｅＡｒ ｏｃ ｎ ｉ ｅ ｎ ｎｖ ｓｙ Ｘ １０ ７ Ｃ ｉａ ｅ ｃ ｏ ｉ ｎｉ ｎ ｉ ｅ ｔ ａ
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 ， 析 了 目标 运 动 时 激光 信 号 的高 分 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 ， 明 证
术 和激 光成像 原 理 的一 种新 体制 雷 达 ¨ 。它利 用
种结 合压缩 感 知理论 的 ＩＡ Ｌ成像 算 法 。 ＳＩ ＩＡＬ极 高 的成像 分辨 率 为 目标精 细微 动 特 征 ＳＩ
激 光信 号 的超大 带 宽 获得 高 的距 离分 辨 率 ， 用 逆 利 合 成孔 径技 术合 成虚 拟天 线 阵列获 得高 的方 位 分辨 率 ， 实现 对运动 目标 的超 高分 辨成 像 ， 能 因此在 近年
ａｐ ｒ‘ ｅ ｉ ａｇ■ ｇ １ｄａｒ ｅ ｔ ｕｒ ● ｍ ｎ ｉ ｉ１ ’ ‘
Ｗ ＡＮＧ Ｓ ｕ ＨＥ Ｊｎ ， ｈ ｏ ， ｉ ｒＡＮ Ｘｉｏｙ ｕ ， ＵＯ Ｙｉｇ Ｇ ａ —ｏ Ｌ ｎ
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参 考信 号 持续 时 间 ， 般 比 略 大 。 一
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Ｊ Ｄ Ｒ
Ｃ
（） ５
由于 ＩＡ Ｌ能 为小 目标 的识 别 提供 有 效 足够 的 ＳＩ
成像 分 辨率 ， 因此 研 究 基 于 ＩＡ Ｌ的微 多 普 勒 效 应 ＳＩ 具有 重 要 的意义 。本 文研 究 了 ＩＡ Ｌ的 回波 信号 特 ＳＩ
式 中 ， 示 信号 带宽 。 Ｂ表
由于激光 信 号 的带宽 比微 波 信 号 大得 多 ， ＡＬ Ｉ Ｉ Ｓ 的距 离 分 辨 率 要 比 ＩＡ Ｓ Ｒ高 很 多 ， 因此 ，Ｓ Ｉ ＩＡ Ｌ可 以 提供 提取 小 目标微 动 特征 所需 的微 多普 勒信 息 。
ｖｄｓ ｅ ｐ ｒａｈｆｒ ｘ ａｔ ｎｏ ｒｅ Ｓ ｎ ｉ ｏｍｏｏ ａ ｒｓＩ ｔｅｐｐ ｒｔｅｍｉ ｏＤ ｐｌｒ ｍ Ｄ）ｅ— ｉｅ ｎ ｗａｐｏｃ ｔ ｃ ｏ ｆａｇｔ ｅｍ ｃ — ｔｎｆ ｔ ｅ．ｎ ｈ ａｅ， ｃ － ｏｐｅ（ — ｆａ ａ ｏｅｒ ｉ ｔ ｆ ｉ ｒ ｉ ｅｕ ｈ ｒ
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信 号 的 分 离 ， 献 ［０ 则 提 出 了 一 种 基 于 推 广 的 文 １］ Ｈ ｕ ｈ变 换来 提取 微 多普 勒信 息 的方法 。 人体 行走 ｏｇ 的雷 达实测 数 据也 得 到 了较 为 深入 的研 究 ， 研究 表
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、 １ｒ ／
（ （￡ ＋ （ ，） ｊ １）１ ） ２ （ 订 ）
与参 考信 号进 行共 轭 相乘 后 ， 可得 到 ：
（ ３ ）
式 中 ，， ２ ／ ， 示参 考点 与 雷达 的距 离 ； 是 ｒ ＝ Ｒ ｆｃ Ｒ表
逆合 成 孔 径 成 像 激 光 雷 达微 多普 勒 特 征 分 析
王 硕 何 ， 劲 杨 小优 罗 迎 ， ，
（． １ 河南商业高等专科学校 ， 河南 郑 州 ４ ０ ４ ；． ５ ０ ５ ２ 空军工程大学电讯工程学 院， 陕西 西安 ７０ ７ ） １０ ７
摘
要 ： 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 逆
１ 引 言
室 中完 成 了对 目标 的二 维 成 像 。 国 内在 这 方 面 也 开展 了许 多研 究 Ｊ如 文 献 ［ ］ 出 了实 验 室 环 ， ５给 境 下 ＩＡ Ｌ对转 台 目标 的成像 结果 ， ＳＩ 文献 ［ ］ ６ 给出 了
一
逆 合成孔 径 成像 激光 雷 达 （ｎｅｓ ｙｔｅｃａ— ｉｖｒ ｓｎｈｔ ｐ ｅ ｉ ｅｔｒ ａｉｇｌ ａ，Ｓ Ｉ） 融 合 了逆 合 成孔 径 技 ｒ ｅｉ ｇ ｄｒＩＡＬ 是 ｕ ｍ ｎ ｉ
来受 到 了越 来 越 多 的 关 注 。林 肯 实 验 室 于 １９ ９ ４年
的提取 提供 了新 的途径 。 目标 的微动 指 的是 目标 中
某 个部 件机 械 的振动 、 转 或其他 微 小 的运 动 ， 旋 这些
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ ｏ ６ ９ １Ｏ ） Ｎ ． ０ ７ ｌＯ 资助 。 作者简介 ： 硕 （９ ４一） 男， 王 １７ ， 讲师 ， 研究方 向为信 号与信 息
Ａｂｔ ｃ：ｈ ｖｒ ｙｔｅｃａｅｔｒ ｉａｉｇ ｉａ（Ｓ Ｉ ）ｓ ｅ ｉ ｆ ａａ ｗ ｅｅｔｅ ｎｅｓ ｐｒ ｒ ｔｃ－ ｓｒ ｔＴ ｅｉ ｅｓ ｓｎ ｔ ｐｒ ｅ ｍ ｇ ｄｒ ＩＡ Ｌ ｉ ａｎｗｋｎ ｏ ｄ ｒ ｈｒ ｈ ｖｒ ａｅｔ ｅ ｅｈ ａ ｎ ｅ ｈｉ ｕ ｎｌ ｄ ｒ ｉ ｅ ｕ
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。
关键词 ： 多普 勒效 应 ； 微 逆合 成 孔径成 像激 光 雷达 ； 目标 识 别 中图分 类号 ：Ｎ ５ Ｔ ９８ 文献标 识码 ： Ａ
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信息 ， 现有 的成 像方 法是 一种 有 效补 充 。 目前 ， 对 微 多普 勒特 征提 取技 术 已被 广泛应 用 于雷 达 目标 的检
测 、 别 和重建 等 领 域 ， ． ． ｈ ｎ等 人 较 为 系统 地 识 Ｖ Ｃ Ｃｅ 研究 了 目标加 速 、 转 、 动 、 旋 振 翻滚 状 态 下 的微 多 普 勒频 移 ， 详 细分 析 了 高分 辨 时频 分 析 方 法 在 微 多 并 普勒 信息 提取 中 的应 用 Ｊ 。文 献 ［ ］ 用 了 ｃｉ ９采 ｈｒ －
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激 光 与 红 外
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王 硕 等
逆 合 成 孔 径 成 像 激 光 雷 达 微 多 普 勒 特 征 分 析
５７ ０
微小 的运 动会 对 回波信 号 产 生 调 制 作 用 ， 加 目标 增 主体 部分 多普 勒频 率 的边 带 信 息 ， 常 称 之 为 微 多 通 普勒 效应 。微 多 普 勒 效 应 体 现 了 目标 微 动 部 件
第４ ｌ卷 第 ５期
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激 光 与 红 外
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首次 报道 了它们 成功 研制 的 固体 激 光合成 孔径 雷达
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种结 合压缩 感 知理论 的 ＩＡ Ｌ成像 算 法 。 ＳＩ ＩＡＬ极 高 的成像 分辨 率 为 目标精 细微 动 特 征 ＳＩ
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式 中 ， 示 信号 带宽 。 Ｂ表
由于激光 信 号 的带宽 比微 波 信 号 大得 多 ， ＡＬ Ｉ Ｉ Ｓ 的距 离 分 辨 率 要 比 ＩＡ Ｓ Ｒ高 很 多 ， 因此 ，Ｓ Ｉ ＩＡ Ｌ可 以 提供 提取 小 目标微 动 特征 所需 的微 多普 勒信 息 。
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信 号 的 分 离 ， 献 ［０ 则 提 出 了 一 种 基 于 推 广 的 文 １］ Ｈ ｕ ｈ变 换来 提取 微 多普 勒信 息 的方法 。 人体 行走 ｏｇ 的雷 达实测 数 据也 得 到 了较 为 深入 的研 究 ， 研究 表
ｔｅ ｍ — ｆａ ｕ ｅ ｆｔｒ ｅ ｔ ｉ ｙ ｍ ｉｒ — ｔｏ ． ｈ Ｄ ｅ ｔ ｒ ｓｏ ａ ｇ ｔｗｉ ｔｎ ｃ ｏ ｍｏｉｎｓ ｈ
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王 硕 何 ， 劲 杨 小优 罗 迎 ， ，
（． １ 河南商业高等专科学校 ， 河南 郑 州 ４ ０ ４ ；． ５ ０ ５ ２ 空军工程大学电讯工程学 院， 陕西 西安 ７０ ７ ） １０ ７
摘
要 ： 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 逆
１ 引 言
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逆 合成孔 径 成像 激光 雷 达 （ｎｅｓ ｙｔｅｃａ— ｉｖｒ ｓｎｈｔ ｐ ｅ ｉ ｅｔｒ ａｉｇｌ ａ，Ｓ Ｉ） 融 合 了逆 合 成孔 径 技 ｒ ｅｉ ｇ ｄｒＩＡＬ 是 ｕ ｍ ｎ ｉ
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基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ ｏ ６ ９ １Ｏ ） Ｎ ． ０ ７ ｌＯ 资助 。 作者简介 ： 硕 （９ ４一） 男， 王 １７ ， 讲师 ， 研究方 向为信 号与信 息
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