合成孔徑激光成像雷達兩維卷積成像方法
【專利摘要】一種合成孔徑激光成像雷達兩維卷積成像方法，基本思想在于將復數(shù)化后的合成孔徑激光成像雷達目標回波信號首先在交軌向附加二次項相位因子，然后進行兩維卷積同時實現(xiàn)交軌向，順軌向聚焦成像，并對成像結(jié)果強度信號進行輸出顯示。由于交軌向，順軌向均采用卷積進行聚焦成像，降低了成像處理對計算機性能的要求，另外，兩維卷積直接得到空域成像結(jié)果，無需進行兩維頻域-空域轉(zhuǎn)換，直接進行輸出顯示，減少成像步驟，是合成孔徑激光成像雷達回波信號成像處理的重要技術(shù)改進。
【專利說明】合成孔徑激光成像雷達兩維卷積成像方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑激光成像雷達，特別是一種合成孔徑激光成像雷達兩維卷積成像方法，用于對合成孔徑激光成像雷達接收系統(tǒng)接收到的目標回波信號進行成像處理。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑激光成像雷達(SAIL)的原理取之于微波波段的合成孔徑雷達(SAR)原理，是國外報道的能夠在遠距離獲得厘米量級分辨率的唯一的光學成像觀察手段。傳統(tǒng)的側(cè)視SAIL的發(fā)射激光采用光頻線性調(diào)制即啁啾調(diào)制，光電外差接收采用去斜解調(diào)方式即采用同樣的啁啾發(fā)射激光作為外差本機振蕩器光束，因此得到了在距離向包含距離信息和在方位向包含相位歷程信息的回波差頻信號。2002年以來，側(cè)視SAIL在實驗室先后得到了驗證【參見文獻 I:M.Bashkansky, R.L.Lucke, E.Funk, L.J.Rickard, and J.Reint jes,“Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain,，，Optic Letters, Vol.27, ppl983_1985 (2002),;文獻 2:W.Buell, N.Marechal, J.Buck, R.Dickinson, D.Kozlowski, T.Wright, and S.Beck, “Demonstrations of Synthetic Aperture ImagingLadar, ^Proc.0f SPIE Vol.5791ppl52_166 (2005)，;文獻 3:周煜，許楠，欒竹，聞愛民，王利娟，孫建鋒，劉立人，尺度縮小合成孔徑激光雷達的二維成像實驗，光學學報，Vol.31(9)(2011)，；文獻4:劉立人，周煜，職亞楠，孫建鋒，大口徑合成孔徑激光成像雷達演示樣機及其實驗室驗證，光學學報，Vol.29(7):2030~2032(2011)】，2006年在美國國防先進計劃局支持下的雷聲公司和諾格公司分別實現(xiàn)了機載合成孔徑激光雷達實驗(無任何細節(jié)報道)【參見文獻 5:J.Ricklin, M.Dierking, S.Fuhrer, B.Schumm, and D.Tomlison, “Syntheticaperture ladar for tactical imaging, jDARPA Strategic Technology Office.】。2011年，洛馬公司對1.6公里處的地面目標實現(xiàn)了機載合成孔徑激光成像雷達成像實驗【參見文獻 6:Brian ff.Krause, Joe Buck, Chris Ryan, David Hwang, Piotr Kondratko, AndrewMalm, Andy Gleason “Synthetic Aperture Ladar Flight Demonstration,，，】。 直視SAIL發(fā)射采用兩個正交偏振同軸且相對掃描的空間拋物波差的光束，接收采用自差及相位復數(shù)化探測【參見文獻7:劉立人，直視合成孔徑激光成像雷達原理，光學學報，Vol.32(9):0928002(2012)】。側(cè)視SAIL與直視SAIL具有相同的回波信號形式，即目標面上每個點的回波信號距離向相位為與距離向快時間有關的線性項相位，方位向相位為與方位向慢時間有關的二次項相位，因此可以采用相同的成像處理過程進行成像處理。
[0003]在上述所有相關報道中【參見文獻1、2、3、4、5、6，7】，回波信號的成像處理方式都是分兩步進行的，即將光電接收和數(shù)字化、復數(shù)化之后的回波信號首先在距離向進行快速傅里葉變換實現(xiàn)目標距離向聚焦，然后將距離向聚焦后的信號在方位向采用空間的二次項匹配濾波實現(xiàn)目 標的方位向聚焦，進而實現(xiàn)對合成孔徑激光成像雷達探測目標的聚焦成像。上述兩步在時間上有先后順序，不能同時進行，因此，對SAIL目標回波信號的處理時間較長，然而，隨著合成孔徑激光成像雷達探測目標的增大，即目標回波數(shù)據(jù)的增多，以及對目標實時成像處理的要求，必然對傳統(tǒng)合成孔徑激光成像雷達兩步聚焦成像處理的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。在先技術(shù)【文獻8:孫志偉，職亞楠，劉立人，侯培培，孫建鋒，周煜，合成孔徑激光成像雷達交叉聚焦成像方法，發(fā)明專利，申請?zhí)?201310017515.8 ;文獻9:劉立人，合成孔徑激光成像雷達的二維傅里葉變換成像算法，光學學報，Vol.34(1):0128001(2014)】提出對SAIL回波信號首先進行方位向二次項相位補償然后進行兩維快速傅里葉變換得到成像結(jié)果，然而，由于SAIL回波數(shù)據(jù)矩陣較大，因此進行兩維快速傅里葉變換對計算機性能有較高要求，另外兩維傅里葉變換得到頻域成像結(jié)果，需要進行兩維頻域-空域坐標轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)換為實際空域坐標并對成像結(jié)果進行顯示，過程較復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的問題在于提出了一種合成孔徑激光成像雷達兩維卷積成像方法，該方法是將復數(shù)化后的合成孔徑激光成像雷達目標回波信號首先在交軌向附加二次項相位因子，然后進行兩維卷積同時實現(xiàn)交軌向，順軌向聚焦成像，并對成像結(jié)果強度信號進行輸出顯示。由于交軌向，順軌向均采用卷積進行聚焦成像，降低了成像處理對計算機性能的要求，另外，兩維卷積直接得到空域成像結(jié)果，無需進行兩維頻域-空域轉(zhuǎn)換，直接進行輸出顯示，減少成像步驟，是合成孔徑激光成像雷達回波信號成像處理的重要技術(shù)改進。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種合成孔徑激光成像雷達兩維卷積成像方法，其特點在于，包括如下步驟:
[0007]①合成孔徑激光成像雷達發(fā)射系統(tǒng)向目標照射激光光波，照射到目標后被目標反射，反射光波經(jīng)過合成孔徑激光成像雷達接收系統(tǒng)進行光電接收、數(shù)字化與復數(shù)化處理后存儲在計算機中，計算機存儲的目標回波信號為i(tf，Vts):
【權(quán)利要求】
1.一種合成孔徑激光成像雷達兩維卷積成像方法，其特征在于，包括如下步驟: ①合成孔徑激光成像雷達發(fā)射系統(tǒng)向目標照射激光光波，照射到目標后被目標反射，反射光波經(jīng)過合成孔徑激光成像雷達接收系統(tǒng)進行光電接收、數(shù)字化與復數(shù)化處理后存儲在計算機中，計算機存儲的目標回波信號為i(tf，Vts):
【文檔編號】G01S17/89GK103885066SQ201410108847
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】孫志偉, 職亞楠, 孫建鋒, 周煜, 侯培培, 劉立人 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所