合成孔径激光雷达信号模型及成像算法研究

论文摘要

选择激光作为合成孔径雷达的载波,即形成具有独特性能的合成孔径激光雷达(SAL—Synthetic Aperture Lidar)。其成像原理与微波频段的合成孔径雷达的成像原理基本相同,但因为激光极高的工作频率及其良好相干性,使得雷达的分辨率和“四抗”能力得到了很好的提升;而且对于相对运动速度相同的目标可产生更大的多普勒频移,利于对运动速度范围更大的目标进行探测;另外,在激光频段更利于系统的小型化和集成化实现。正是因为合成孔径激光雷达具有上述各方面的优点,使其成为近年来的国内外研究热点。本论文依托相关科研项目,针对合成孔径激光雷达信号处理理论和系统技术开展了以下工作:1.分析了合成孔径激光雷达的基本原理,介绍了其系统主要构成,对系统各组成部分功能、结构原理及性能进行了分析,并对其实现的关键技术进行了详细的总结。2.研究了线性调波长信号模式和线性调频信号模式,通过仿真分析比较了其异同点;从连续线性调频信号出发提出了线性调频间断连续波信号模型,并分析研究了合成孔径激光雷达距离和方位分辨率。3.分析了运动误差的影响,研究了运动误差对微波频段合成孔径雷达成像和激光合成孔径雷达成像影响的区别,通过仿真分析比较了同量级的运动误差对两者的不同影响。4.研究了合成孔径激光雷达成像中的反投影(BP—Backprojection)算法,并分析了主要参数间的关系;选用适当的参数对各种类型的目标进行了仿真分析,仿真结果验证了算法的有效性。5.针对标准反投影算法计算量大的缺点,研究提出了一种改进的条带模式快速反投影(FBP—Fast Backprojection)算法。该算法通过分析条带模式的特点,结合算法的计算过程,减少了反投影过程中累加和插值的计算量。仿真结果验证了该快速算法在保证了成像精度与标准算法一致的情况下,能较大地减少计算量,显著地提高了处理效率。6.将反投影算法应用于双站SAR实测数据成像,研究了双站SAR反投影算法和平飞移不变模式下改进后的快速反投影算法,并进行了仿真比较,仿真结果和实测数据成像结果验证了算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 合成孔径激光雷达技术发展现状
• 1.3 合成孔径激光雷达信号处理技术研究动态
• 1.4 本论文主要研究内容及成果
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 合成孔径激光雷达技术原理
• 2.1 合成孔径激光雷达原理
• 2.1.1 合成孔径原理
• 2.1.2 激光合成孔径雷达概念研究
• 2.1.3 合成孔径激光雷达与微波频段合成孔径雷达技术的区别
• 2.2 合成孔径激光雷达系统构成
• 2.2.1 系统基本功能框图
• 2.2.2 各组成部分功能和性能要求
• 2.3 合成孔径激光雷达关键技术
• 2.3.1 激光器技术
• 2.3.2 光探测技术
• 2.3.3 信号处理技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 条带模式合成孔径激光雷达信号模型研究和运动影响分析
• 3.1 合成孔径激光雷达工作方式分析
• 3.2 光信号探测原理
• 3.3 合成孔径激光雷达信号模型研究
• 3.3.1 合成孔径激光雷达发射信号建模
• 3.3.2 外差接收雷达回波信号建模
• 3.4 合成孔径激光雷达分辨率分析
• 3.4.1 合成孔径激光雷达距离分辨率分析
• 3.4.2 合成孔径激光雷达方位分辨率
• 3.5 运动误差对合成孔径成像的影响研究
• 3.5.1 运动误差分析
• 3.5.2 运动误差对成像影响仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 合成孔径激光雷达成像算法研究
• 4.1 合成孔径成像技术
• 4.2 合成孔径激光雷达反投影成像算法研究
• 4.2.1 合成孔径激光雷达反投影成像算法
• 4.2.2 仿真参数要求和选取
• 4.2.3 反投影算法成像仿真分析及结果
• 4.3 快速反投影算法研究
• 4.3.1 反投影次数的减少
• 4.3.2 时延计算的简化
• 4.3.3 算法流程
• 4.3.4 计算量比较
• 4.3.5 快速反投影算法仿真分析
• 4.4 反投影算法在双站SAR实测数据成像中的应用
• 4.4.1 双站SAR的几何模型和信号模型
• 4.4.2 双站SAR标准反投影算法
• 4.4.3 平飞条带双站SAR快速反投影算法
• 4.4.4 双站SAR仿真及实测数据成像结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本论文研究工作总结
• 5.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果