中科院上海光机所系统梳理了合成孔径激光成像雷达所面临的基础科学问题与关键技术问题，归纳了空间衍射光学、时间域干涉光学、统计光学和图像处理4个领域基础科学问题，总结出SAIL系统总体技术、光学天线系统、发射／接收系统和图像处理系统等关键技术［33～40］。在此基础上，2009年完成了一个可以在光学实验平台上实现原理性全过程联通实验演示的尺度缩小的合成孔径激光成像雷达实验系统，在国内率先实现了二维目标在顺轨向和交轨向的同时成像［7］；2010年实现了光学天线（见图1-12）口径为φ300 mm的合成孔径激光成像雷达的实验室原理验证装置（见图1-13），对14 m距离的目标完成了条带式两维激光合成孔径成像［11］，分辨率优于1 mm（见图1-14）；2012年实现了基于菲涅耳望远镜体制的合成孔径激光成像［29］，分辨率同样优于1 mm。

图1-12　光学天线

图1-13　光源／相干收发／控制端

图1-14　合成孔径激光成像雷达原理验证装置二维成像结果

需要指出的是，上海光机所的实验室原理验证装置采用了自由空间结构的光学系统，而不是国外报道所采用的全光纤系统。以φ300 mm口径光学天线实现毫米级成像分辨率，这一成果突破了微波条带式合成孔径成像理论分辨率为天线口径一半的限制，展现了光学波段合成孔径成像对发射波面操控能力的独特优势。

2013年上海光机所建立了一套合成孔径激光成像雷达外场地面演示验证系统。雷达与目标分别位于距离1.2 km的两座楼内，整个光路横跨繁忙的城区，雷达位置高度约为15 m，目标位置高度约为36 m。合成孔径激光成像雷达原理样机外场实验系统如图1-15所示，除了原理样机外，还有运动模拟平台和大口径目标指向反射镜。由于运动模拟平台长度的限制，该系统模拟飞行速度限制为0.1 m／s，单点合成孔径时间为1 s。受实验环境限制，目前该系统处于30°斜视状态，因此每个接收脉冲内形成较大的多普勒频移，同时运动模拟平台运行速度存在2%的速度波动，导致多普勒频移的相应波动。

图1-15　外差合成孔径激光成像雷达原理样机外场实验系统

为了消除平台振动导致的相位扰动以及长距离光纤延迟线相位扰动，外场实验原理样机采用了一套共线干涉测相系统，实时测量时间相位扰动，然后在后续信号处理中进行补偿，获得合成孔径所需的二次项信号。该系统的关键在于共线干涉测相系统的本振信号与合成孔径本振信号走同一个可变光纤延迟线系统，而干涉测相系统的发射光束与合成孔径信号发射光束平行指向目标。(www.daowen.com)

为了保证合成孔径激光信号光路与干涉测量光路同路径、同相位，也为了避免大功率激光在光纤路径中形成的非线性干扰，采用了自由空间的信号／本振光束分光与合束光路，如图1-1 6（a）所示；大视场相干接收系统采用了聚焦相干接收技术，如图1-1 6（b）所示；二阶八位可变光纤延迟线系统与同步系统集成为相干同步系统，如图1-1 6（c）所示；收／发天线与大视场外差接收集成系统如图1-1 6（d）所示。

图1-16　SAIL野外试验原理样机

（a）发射系统；（b）大视场外差接收系统；（c）可变延迟线及同步模块；（d）野外试验原理样机收发集成系统

野外试验原理样机对单个角锥目标进行了合成孔径激光成像实验。如果不利用干涉测相信道信息对合成孔径信道数据进行校正，仅利用简单的线性距离徙动校正算法的交轨向压缩结果如图1-1 7（a）所示，多普勒频移波动导致明显的交轨向徙动。平台抖动与光纤延迟线附加扰动以及大气扰动活塞项形成的顺轨向相位扰动同时存在，导致无法完成顺轨向聚焦，如图1-1 7（b）所示。干涉测相通道测得的慢时间相位扰动如图1-1 7（c）所示，可见其相位扰动超过1 0个波长，且慢时间点与点间相位扰动也超过π／2。

利用干涉测相通道信号补偿合成孔径通道信号后可以消除交轨向徙动，如图1-1 8（a）所示，同时也补偿了慢时间相位扰动，二维聚焦结果如图1-1 8（b）所示，顺轨向剖面分析如图1-18（c）所示，顺轨向分辨率优于1 cm，但是由于啁啾激光器性能限制，目前交轨向分辨率约为2 cm。

图1-17　角锥目标无补偿成像结果

（a）交轨向压缩；（b）顺轨向压缩；（c）相位扰动

图1-18　角锥目标干涉通道补偿成像结果

（a）交轨向压缩；（b）顺轨向压缩；（c）顺轨向分辨率