逆合成孔径成像激光雷达系统设计

逆 合成 孔径 成 像 激 光 雷 达 系统 设 计
何 劲 杨 小 优 张 群 ， 池 龙 王 种 ， ， ，
（． １ 空军 工程大学
验 室 ，上 海
电讯工程学 院，陕西
西安
７ ０ ７ ；． 旦大 学 １ ０７ ２ 复
波散 射与遥感信息 国家教育部重点 实
２０ ３ ） ０４ ３
光信号和运动 目 标的特点， 给出了雷达系统的初步设计方案。最后通过仿真实验证明了 ＩＡＬ在成像效率 ＳＩ
和成像 质量上 的优 势 。
１ 逆合成孔径成像激光雷达高分辨原理分析
合成 孔径 技术 是在雷 达实 际孔 径 的基 础上 ， 利用 雷达 与 目标 的相 对运 动 ， 尺 寸较小 的真实 天线 孑径 通 把 Ｌ
第 １ 卷第 ４期 １
２１ ００年 ８月
空
军
工
程
大
学
学
报（ 自然科 学 版 ）
Ｖｏ ． Ｎｏ． １ １１ ４ Ａｕ ２０１ ｇ． ０
ＪＵ Ｎ Ｌ０ Ｉ Ｏ Ｃ Ｎ ＩＥ ＲＮ ＮＶ ＲＩＹ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ ＥＥ ＩＩＮ Ｏ Ｒ Ａ ＦＡＲＦ Ｒ ＥＥ ＧＮ Ｅ ＩＧＵ ＩＥ Ｓ （ Ａ Ｕ Ａ ＣＥ Ｃ ＤＴ ） Ｔ Ｏ
ｔ ｔ ｐ ｒ ｒ ａ ｉ ａ ａ， Ｓ Ｉ ） ｈ ｉ Ａ ｅｔ ｅＩ ｇ ｇＬ ｄｒ ＩＡ Ｌ 。光学波 段 的合成 孔径技 术 的研究 始 于 ２ 纪 ７ ｅｃ ｕ ｍ ｎ ０世 Ｏ年代 ｊ 近年来 更 ，
是引起 了广泛关 注 ，０６年 ２月美 国 国防高级 研究计 划 局 （ Ａ Ｐ 已经成功 得 到 了第 一组 机载合 成孔径 激 ２０ Ｄ Ｒ Ａ） 光雷 达 图像 数据 Ｊ 。但是 ， 些研究 主要 是 针对 固定 目标 或 地 面 场景 的合 成 孔径 成 像 ， 这 而逆 合 成孑 径 成 像 Ｌ 要求 的是对 运动 目标 的实 时成像 。 因此 ， 文分析 了 ＩＡＬ对运 动 目标超 高分 辨实 时成像 的原 理 ， 针对 激 本 ＳＩ 并
Ｅ— ｉ ｈｅ ａ １ ３ ｃｒ ｍａ ：ｊｔ ＠ ６ ． ｏ ｌ ｖ ｎ
第 ４期
何
劲等 ： 逆合成孔径成像激 光雷达系统设计
２ ７
过数据处理的方法来合成为一较大 的等效天线孔径 。Ｉ Ｉ Ｓ Ｌ正是利用这一原理 ， Ａ 突破 了实际孔径对方 位向 分辨率 的限制 ， 通过合成孔径原理来实现高分辨率 。 ｊ
现对运 动 目标 更 快速 、 更高分 辨 的成像 。 关键 词 ： 逆合 成孔 径 雷达 ； 合成 孔径成像 激光 雷达 ； 动 目标 ； 逆 运 高分辨 成像 ； 时成像 实
Ｄ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ ９— ５ ６ ２ １ ．４ ０ ６ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ ３ １ ． ０ ０ ０ ． ０ ｓ
光信 号 的极 大带 宽和极 短 波长 实现对 运 动 目标 的超 高分 辨 实 时成 像 。分 析 了逆 合 成孔 径 成像
激光雷达的高分辨原理 ， 并结合激光信号和运动 目标的特点， 给出了雷达 系统的初步设计方案。 仿真 实验证 明： 与利用微 波 信号成 像 的逆 合 成 孔径 雷达 相 比 ， 合 成孔 径 成像 激 光 雷达 能 够 实 逆
中图分 类号 ：Ｔ ９ ７ Ｎ ５
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ９— ５ ６ ２ １ ）４— ０ ６— ５ １０ ３ １ （ ０ ０ ０ ０ ２ ０
成像雷达的方位 向分辨率受到系统孔径的限制 ， 要实现远距离高分辨成像需要很大的系统孔径 ， 这在实
际应 用 中会受 到很 多条件 的 限制 。合 成孔径 技术 利用 雷 达与 目标 的相对 运 动 ， 过 对 不 同位 置上 接 收 到 的 通 信 号的积 累 ， 过信 号处理 后等 效为 一个很 大 的合成 孔径 天线 Ｊ有效解 决 了这一 问题 。逆合 成 孔径 雷达 经 ， （ｎｅｓ ｙｔｅｃＡ ｅｔｒ Ｒ ｄｒＩＡ 就是 基 于合成 孔径 技术 的一 种 高分 辨成 像 雷 达 ， Ｉｖｒ Ｓｎｈｔ ｐｒ ｅ ａａ， Ｒ） ｅ ｉ ｕ Ｓ 它主 要 用 于针 对运 动 目标成 像 。但 是 ， 在对微 小 目标 、 距离 目标进 行成 像 或者 提 取 目标运 动 过程 中一些 精 细 的微 动 特性 时 ， 远
１１ 距离 向高 分 辨原理 ． 脉 冲雷达 的距 离 向分 辨率 可 以表示 为 ：
Ｐ ＝ （） １
微波波段的逆合成孔径雷达已不能提供足够的距离分辨率 ， 需要更大带宽的发射信号以解决这一问题。
与微波信号相比， 激光信号具有更大的带宽和更短的波长 ， 因此 ， 本文将逆合成孔径信号处理技术 与极
大带 宽 的相 干激 光雷 达相结 合 ， 究 了一 种新 体 制 的成像 雷 达—— 逆 合成 孔 径 成 像激 光 雷 达 （ｎｅｓ ｙ— 研 Ｉｖｒ Ｓｎ ｅ
摘 要 ： 波波 段逆合 成孔 径 雷达 的成像分 辨率 受到 发射信 号 带宽 的限制 ， 对远 距 离 目标 、 微 在 微
小 目标 成像 或提 取 目标 精 细微 动特征 时 已不能提 供足 够高 的距 离分辨 率 。为 解决 这 一 问题 ， 提 出一种 新体 制 雷达— — 逆合 成孔 径成 像 激光 雷达 ， 将逆 合 成 孔径 技 术 应用 于 激 光波 段 ， 用 激 利
收 稿 日期 ：０ ０— １ ９ ２ １ ０ —１
基金项 目： 自然科学基金资助项 目（０７１０６６２３ ）陕西省 电子信息系统综合集成重点实验室基 金资助项 目 国家 ６９ １０ ； ７０２ ； ０
（０ ９ ３ ２０ ０ Ｂ）
作者简介 ： 何 张
劲 （９ ４一）男 ， １８ ， 福建南平人 ， 博士生 ， 主要从事合成孔径雷达信号处理研究 ； 群 （９４一）男 ， １６ ， 陕西合阳人 ， 教授 ， 士生导师 ， 博 主要从事雷达成像技术 ， 图像处理 ， 电子对抗研究 ．