合成孔径激光雷达的关键技术研究

论文摘要

合成孔径激光雷达(SAL)是一种采用合成孔径技术的高分辨率成像激光雷达,只需要较小的光学孔径就可以实现高分辨率成像。由于激光的波长比微波短很多,SAL与工作在微波波段的合成孔径雷达(SAR)相比,在成像分辨率上有较大的提高,在成像时间上有大幅度的减小。SAL作为一种合成孔径雷达与激光雷达技术相结合的新型雷达系统,目前国内外的研究尚处于起步阶段。本论文主要是对正侧视条带模式SAL的基本理论进行了研究,正侧视条带模式SAL是一种一维合成孔径成像雷达,所得到的图像只有方位方向上的分辨率是通过合成孔径技术得到的,而距离方向上的分辨率是通过宽带脉冲压缩技术获得的。本论文对系统整体结构进行了分析和设计,对主要部件进行了选择,同时通过计算得到了系统的主要参数,获得了基本成像原理和成像算法。正侧视条带模式SAL采用的是解线频调方位匹配滤波成像算法,根据所获得的基本原理和成像算法,运用matlab软件编程,对该工作模式的雷达进行了成像模拟,获得了点目标的成像图像,并分析了其成像特点,总结了在工程上实现SAL需要解决的关键技术。论文的工作为进一步对SAL进行理论研究和实验研究打下了基础。虽然目前在工程上实现SAL可能还存在一些技术上的困难,但SAL成像系统己经获得了实验验证。随着激光器性能的提高及光电子技术的发展,相信在不久的将来,必将出现使用系统,SAL将在国民经济和国防领域发挥重大的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 合成孔径的概念
• 1.2 SAL 的技术概述
• 1.3 SAL 与SAR 的异同
• 1.3.1 SAL 相对于SAR 的优势
• 1.3.2 SAL 相对于SAR 的劣势
• 1.4 SAL 的特点、用途及其关键技术
• 1.5 SAL 的国内外发展状况
• 1.6 本论文的主要研究工作
• 第二章 合成孔径激光雷达系统的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 SAL 的可探测距离
• 2.2.1 SAL 测距原理
• 2.2.2 SAL 的作用距离方程
• 2.3 SAL 的工作模式
• 2.4 SAL 系统的信号处理
• 2.4.1 幅度、相位匹配关系
• 2.4.2 线性调频矩形包络脉冲信号
• 2.4.3 脉冲压缩原理
• 2.5 光外差相干探测
• 2.5.1 光外差相干探测原理
• 2.5.2 实现光外差相干探测的条件
• 第三章 合成孔径激光雷达的高分辨率成像过程
• 3.1 SAL 系统回波信号分析
• 3.1.1 目标回波信号模型
• 3.1.2 回波信号的相干探测接收过程
• 3.2 SAL 距离-多普勒（R-D）算法
• 3.3 距离向数据处理
• 3.3.1 距离向分辨率
• 3.3.2 解线频调信号处理
• 3.4 距离徙动及其校正
• 3.5 方位向数据处理
• 3.5.1 SAL 系统空间几何关系
• 3.5.2 剩余残差项补偿
• 3.5.3 匹配滤波过程
• 3.5.4 方位向分辨率
• 第四章 合成孔径激光雷达成像过程的实现方案
• 4.1 引言
• 4.2 SAL 系统结构图
• 4.3 SAL 发射系统的设计
• 4.3.1 发射波形的选择
• 4.3.2 激光器的选择
• 4.3.3 发射系统结构设计
• 4.4 SAL 接收系统的设计
• 4.5 SAL 的探测方式分析
• 4.5.1 SAL 的系统重叠因子
• 4.5.2 光子统计特性对SAL 的影响
• 4.5.3 SAL 的探测方式
• 第五章 合成孔径激光雷达的成像仿真
• 5.1 SAL 成像系统模型的建立
• 5.1.1 SAL 成像系统构成
• 5.1.2 SAL 的信号系统模型
• 5.1.3 成像目标类型
• 5.2 SAL 成像数据采样分析
• 5.2.1 PRF 的选取
• 5.2.2 回波信号的数据采样
• 5.2.3 合成孔径成像需要的数据
• 5.2.4 SAL 成像仿真参数
• 5.3 SAL 仿真流程
• 5.3.1 R-D 算法成像处理过程
• 5.3.2 成像仿真流程图
• 5.4 SAL 成像仿真结果
• 5.4.1 单个点目标成像仿真
• 5.4.2 多个点目标成像仿真
• 5.5 回波信号加窗处理
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 研究生阶段所取得的研究成果