一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)處理方 法。本發(fā)明可用于高分辨率寬測(cè)繪帶合成孔徑激光雷達(dá)成像。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分辨率對(duì)地觀測(cè)要求的分辨率較高，觀測(cè)距離較遠(yuǎn)，測(cè)繪帶寬較大，并且朝著多 種傳感器相互協(xié)同工作的方向發(fā)展，合成孔徑激光雷達(dá)（Synthetic Aperture Ladar, SAL) 和微波合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Ladar, SAR)有著很好的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)特性。對(duì)大 范圍地域可以采用SAR進(jìn)行普查，然后對(duì)于感興趣的目標(biāo)設(shè)施，可以采用SAL進(jìn)行更高分辨 率的觀測(cè)，SAL是對(duì)目前高分辨率對(duì)地觀測(cè)手段的一個(gè)必要的補(bǔ)充手段。
[0003] 采用SAL技術(shù)可以在遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)比目前SAR的分辨率提高至少一個(gè)數(shù)量級(jí)的高分 辨率觀測(cè)。與傳統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)相比，合成孔徑成像激光雷達(dá)的工作波長(zhǎng)更短，其可以得到 比合成孔徑雷達(dá)分辨率高得多得圖像（分辨率幾十微米到幾毫米）。
[0004] SAL技術(shù)的研宄已經(jīng)被列入到國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)的發(fā)展規(guī)劃當(dāng)中，西安電子 科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在研宄中發(fā)現(xiàn)單發(fā)單收的SAL在高分辨率模 式下，其測(cè)繪帶寬受到極大的限制。國(guó)外對(duì)SAL技術(shù)的研宄已經(jīng)進(jìn)行了單發(fā)單收SAL的機(jī) 載飛行試驗(yàn)，在一公里作用距離時(shí)其測(cè)繪帶寬只有2米，因此，單發(fā)單收SAL窄測(cè)繪帶寬的 性質(zhì)，嚴(yán)重制約了 SAL技術(shù)的實(shí)用化。
[0005] 如何解決距離向測(cè)繪帶和方位向分辨率的矛盾，實(shí)現(xiàn)高分辨率寬測(cè)繪帶SAL成 像，是今后SAL研宄的核心問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提出一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)處理 方法，對(duì)多發(fā)多收回波多普勒信號(hào)作解模糊處理，得到無(wú)模糊的多普勒頻譜用于后期成像。
[0007] 本發(fā)明可以有效的解決方位向高分辨率與距離向?qū)挏y(cè)繪帶的矛盾，實(shí)現(xiàn)高分辨率 寬測(cè)繪帶SAL成像。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0009] 一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)處理方法，所述多發(fā)多收合成孔徑激光雷達(dá) 具有N個(gè)陣元，所述多發(fā)多收合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)處理方法包括以下步驟：
[0010] 步驟1，N個(gè)陣元分別接收目標(biāo)回波信號(hào)，每個(gè)陣元對(duì)所述目標(biāo)回波信號(hào)做剩余視 頻相位補(bǔ)償處理和形式簡(jiǎn)化處理，得到形式簡(jiǎn)化處理后的目標(biāo)回波信號(hào)；其中，所述陣元為 多發(fā)多收陣元；
[0011] 步驟2,所述每個(gè)陣元對(duì)所述形式簡(jiǎn)化處理后的目標(biāo)回波信號(hào)做方位向傅立葉變 換，得到混迭后的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)；
[0012] 步驟3,由N個(gè)陣元的混迭后的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)構(gòu)成觀測(cè)向量，對(duì)所述觀測(cè)向 量做解模糊處理，得到無(wú)模糊的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)向量；
[0013] 步驟4,對(duì)所述無(wú)模糊的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)向量的各個(gè)元素按照模糊分量的數(shù) 值大小進(jìn)行排列，采用多普勒頻譜拼接得到完整的無(wú)模糊的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)；
[0014] 步驟5,對(duì)所述完整的無(wú)模糊的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)做成像處理，得到合成孔徑激 光雷達(dá)圖像。
[0015] 本發(fā)明的特點(diǎn)和進(jìn)一步的改進(jìn)為：
[0016] (1)步驟1具體包括以下子步驟：
[0017] (la)確定第i個(gè)陣元接收到的目標(biāo)回波信號(hào)Si(t，T)，
[0019] 其中，i = 1，2,…，N，N為陣元的數(shù)目，t為快時(shí)間，t為慢時(shí)間，RMf為中心作用 距離，Gu表示第k個(gè)陣元發(fā)射、第i個(gè)陣元接收到的目標(biāo)回波的增益，R ip表示第i個(gè)陣元 到目標(biāo)的距離，Rkp表示第k個(gè)陣元到目標(biāo)的距離，Y為調(diào)頻率；
[0020] (lb)對(duì)第i個(gè)陣元接收到的目標(biāo)回波信號(hào)Si(t，T)做剩余視頻相位補(bǔ)償處理，得 到剩余視頻相位補(bǔ)償處理后的第i個(gè)陣元接收到的目標(biāo)回波信號(hào)Si' (t，T )，
[0022] 其中，c為光速，f。為載波頻率；
[0023] (lc)對(duì)所述剩余視頻相位補(bǔ)償處理后的第i個(gè)陣元接收到的目標(biāo)回波信號(hào) S/ (t，T)進(jìn)行形式簡(jiǎn)化處理，得到形式簡(jiǎn)化處理后的第i個(gè)陣元接收到的目標(biāo)回波信號(hào) Si" (t， T )，
[0025] 其中，
，v是平臺(tái)運(yùn)行的方位 向速度，a為相鄰兩個(gè)陣元的間隔，xp為目標(biāo)的距離向位置，rp為中心偏離距離；
[0026] (Id)依次取i = 1，2,…，N，重復(fù)步驟（lb)和（lc)，得到形式簡(jiǎn)化處理后的N個(gè) 陣元的目標(biāo)回波信號(hào)S/ (t，T)，…，SN" (t，T)。
[0027] 進(jìn)一步的，
[0028] 在子步驟（la)中，第i個(gè)陣元到目標(biāo)的距離Rip具體為：
[0030] 其中，i彡1，N為收發(fā)陣元數(shù)目，v是平臺(tái)運(yùn)行的方位向速度。
[0031] 在子步驟（la)中，第k個(gè)陣元到目標(biāo)的距離Rkp具體為：
[0033] 其中，k彡N，N為收發(fā)陣元數(shù)目，v是平臺(tái)運(yùn)行的方位向速度。
[0034] (2)步驟2具體包括以下子步驟：
[0035] (2a)對(duì)形式簡(jiǎn)化處理后的第i個(gè)陣元的目標(biāo)回波信號(hào)S/ (t，t )做方位向傅立 葉變換，得到第i個(gè)陣元的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)Si (t，fa)，
[0037] 其中，i=1>2,…，N，圪為多普勒頻率，
，PRF為脈沖重復(fù)頻 率；
[0038] (2b)將所述第i個(gè)陣元的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)Si (t，fa)表示為：
[0039] =ki(fa)S0(t,fa)
[0042] (2c)對(duì)所述第i個(gè)陣元的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)Si(t，fa)產(chǎn)生混迭，得到第i個(gè)陣 元混迭后的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)S/ (t，fa)，
[0044] 其中，模糊分量q的取值范圍為q = -M，-M+1，…，M_1，M ;
[0045] (2d)依次取i=1，2,…，N，得到N個(gè)陣元混迭后的目標(biāo)回波多普勒信號(hào) S/ (t，fa)，...，SN，（t，fa)〇
[0046] (3)步驟3具體包括以下子步驟：
[0047] (3a)由所述N個(gè)陣元的混迭后的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)S/ (t，fa)，…， SN' (t，fa)，構(gòu)建觀測(cè)向量X(tu fa)，
[0049] 其中，^是快時(shí)間t中的某一時(shí)刻，1 = 1，2,…，L，L為快時(shí)間離散序列的長(zhǎng)度， (? )T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作；
[0050] (3b)根據(jù)Capon波束形成原理，確定目標(biāo)回波信號(hào)在多普勒頻率fa處的自適應(yīng)最 優(yōu)權(quán)矢量w opt (fa (q))，
[0052] 其中，R(fa)為多普勒頻率fa處的目標(biāo)回波信號(hào)的統(tǒng)計(jì)協(xié)方差矩陣，v(f a(q))為多 普勒頻率fa處的第q個(gè)模糊分量的導(dǎo)向矢量，（?）表示矩陣求逆操作，（?） H表示矩陣共 軛轉(zhuǎn)置操作；
[0053] (3c)根據(jù)自適應(yīng)最優(yōu)權(quán)矢量w_(fa(q))對(duì)觀測(cè)向量X(t u fa)加權(quán)，得到多普勒頻 率4處無(wú)模糊的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)向量S DBF(t，fa)。
[0054] 進(jìn)一步的，
[0055] 所述多普勒頻率4處無(wú)模糊的目標(biāo)回波多普勒信號(hào)向量SDBF(t，f a)為：
[0056] SDBF(t,fa) = [S0(t,-M*PRF+fa),......S0 (t, _M ? PRF+fa) ]T
[0057] 其中
[0058] 本發(fā)明提出的多發(fā)多收SAL體制可以有效解決傳統(tǒng)單發(fā)單收SAL體制中存在的距 離向?qū)挏y(cè)繪帶和方位向高分辨率的矛盾問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高分辨率寬測(cè)繪帶SAL成像，該發(fā)明成 果將拓展SAL成像的概念和內(nèi)涵，為未來(lái)針對(duì)典型應(yīng)用的高分辨率寬測(cè)繪帶系統(tǒng)的提出和 研制提供理論和方法基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0059] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0060] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基本流程示意圖；
[0061] 圖2為方位向多發(fā)多收合成孔徑激光雷達(dá)體制示意圖；
[0062]圖3為多發(fā)多收SAL體制的多普勒頻譜示意圖，橫坐標(biāo)為多普勒頻率，單位為赫茲 (Hz)，縱坐標(biāo)為幅度；
[0063]圖4為單發(fā)單收SAL體制的9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)成像的等高線示意圖，橫坐標(biāo)為方位單元， 縱坐標(biāo)為距離單元；
[0064]圖5為單發(fā)單收SAL體制的9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)成像的方位脈壓剖面示意圖，橫坐標(biāo)為方 位向距離，單位為米（m)，縱坐標(biāo)為歸一化幅度，單位為分貝（dB);
[0065] 圖6為多發(fā)多收SAL體制的9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)成像的等高線示意圖，橫坐標(biāo)為方位單元， 縱坐標(biāo)為距離單元；
[0066] 圖7為方位向多發(fā)多收SAL體制的9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)成像的方位脈壓剖面示意圖，橫坐 標(biāo)為方位向距離，單位為米（m)，縱坐標(biāo)為歸一化幅度，單位為分貝（dB);
[0067] 圖8為圖6中中間位置的點(diǎn)目標(biāo)成像放大后的示意圖，橫坐標(biāo)為方位單元，縱坐標(biāo) 為距離單元；
[0068] 圖9為圖6中中間位置的點(diǎn)目標(biāo)方位脈壓剖面示意圖，橫坐標(biāo)為方位向距離，單位 為米（m)，縱坐標(biāo)為歸一化幅度，單位為分貝（dB);
[0069] 圖10為圖6中中間位置的點(diǎn)目標(biāo)距離脈壓剖面示意圖，橫坐標(biāo)為方位向距離，單 位為米（m)，縱坐標(biāo)為歸一化幅度，單位為分貝（dB)。
【具體實(shí)施方式】
[0070] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)