直接探测合成孔径激光雷达算法与仿真研究

论文摘要

合成孔径激光雷达以其优良的分辨率已经成为激光雷达领域最重要的发展方向。在合成孔径激光雷达飞速发展的背景下却面对着光学外差探测在远距离上很难实现的现实,直接探测合成孔径激光雷达的想法正是在这样前提下开展起来。本文主要是研究直接探测合成孔径激光雷达目标重现的算法并进行仿真研究,利用仿真结果验证其应用到直接探测合成孔径激光雷达中的可能性,研究适用与直接探测合成孔径雷达实际应用的算法。概述了国内外合成孔径激光雷达及直接探测合成孔径激光雷达发展的现状,及合成孔径激光雷达发展所需的关键技术,然后对合成孔径雷达的算法发展进行了简单的综述。通过对外差探测在实现上的困难的介绍,说明发展直接探测合成孔径激光雷达的重要意义。对合成孔径雷达的算法进行了分析,然后通过对CT成像算法的分析进而说明了反投影卷积成像算法的基本原理,然后说明了直接探测合成孔径激光雷达的实现原理。基于反投影卷积成像算法,经过改进能够适用于直接探测合成孔径激光雷达的目标重现。本文分析了其基本原理,对这种算法进行了强度像成像仿真,验证了此种算法的可行性,然后通过对点目标的成像仿真,计算了此种算法的成像精度。针对其成像仿真结果模糊进行了原因说明和解释并对仿真结果进行了一定的改进。然后对三维目标的轮廓像进行了仿真,分析了测距功能的实现方法。研究了两种代数方法对直接探测合成孔径激光雷达的应用,通过代数迭代的方法,完成对目标图像的重现,并对比于反投影卷积成像算法的优缺点,说明了在不同场合下两种算法的应用,然后对这两种代数迭代算法进行了成像仿真,并进行了对比研究,通过仿真结果及图像质量评价函数的计算,说明了第二种迭代方式明显优于第一种。通过对算法的分析及仿真验证了非相干探测合成孔径激光雷达的可行,并且其精度和实现难度上符合要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 合成孔径激光雷达及直接探测合成孔径雷达发展概况
• 1.2.1 合成孔径激光雷达的发展
• 1.2.2 合成孔径雷达算法综述
• 1.2.3 合成孔径激光雷达的关键技术
• 1.2.4 直接探测合成孔径激光雷达的研究背景及现状
• 1.3 主要研究内容及研究意义
• 第2章 直接探测合成孔径激光雷达的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 合成孔径激光雷达算法分析
• 2.3 CT成像算法
• 2.4 反投影卷积成像算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 反投影卷积算法仿真及精度研究
• 3.1 引言
• 3.2 反投影卷积成像算法的具体实现
• 3.3 强度像成像仿真
• 3.4 仿真结果在扫描数据缺失的方向上出现模糊的原因
• 3.4.1 根据参考文献结果证明仿真在扫描数据缺失的方向上出现成像模糊
• 3.4.2 信息光学理论证明仿真会在扫描数据缺失的方向上出现成像模糊
• 3.4.3 通过数学方法证明仿真会在扫描数据缺失的方向上出现成像模糊
• 3.4.4 物理描述仿真结果会在扫描数据缺失的方向上出现成像模糊
• 3.5 点目标响应及精度计算
• 3.6 针对成像模糊的改进
• 3.7 测距功能的实现
• 3.7.1 体目标轮廓像
• 3.7.2 测距功能的实现
• 3.8 本章小结
• 第4章 直接探测合成孔径激光雷达迭代方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 代数重现算法（ART）
• 4.3 实时迭代算法
• 4.4 实时迭代算法仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢