2010年，美国空军实验室的Matthew P.Dierking等人理论推导并模拟仿真了周期伪随机相位编码（PPN）应用于SAIL的发射波形时的性能［1］，模拟结果如图4-4所示，其顺轨向压缩采用了简单的多普勒锐化算法（DBS）［8］。

图4-4　PPN调制应用于SAIL的模拟成像结果

（a）距离压缩后的合成孔径相位历程；（b）多普勒锐化（DBS）后的两维压缩结果

2007年洛克希德-马丁公司的相干技术实验室（LMCT）进行了PN编码激光雷达三维扫描成像实验，其结构如图4-5所示，与美国空军实验室的系统相比，主要区别为本地相关信号为发射光的时延光电信号，提高与发射信号的相关性，而美国空军实验室的系统直接用调制编码电信号作相关；同时信号的接收采用了正交解调以恢复相位信号，如图4-6所示，避免了目标振动或者平台-目标相对振动导致的相位包裹展宽脉冲压缩信号［3］。正交解调恢复相位与调制监控通道的码型对比如图4-7所示。

图4-5　洛克希德-马丁的PPN编码成像系统结构

图4-6　正交解调后的回波信号

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图4-7　正交解调后的相位恢复与调制监控通道的码型对比

该系统对0.5 km距离处的悍马汽车的三维扫描成像结果如图4-8所示，其编码带宽约为7 GHz，等效分辨率为2 cm，激光平均功率约为1 W，信号重频为300 kHz，成像信号采用8幅数据平均以抑制散斑效应，成像像素为256×256［3］。

2011年美国洛克希德-马丁公司进行了基于相位伪随机编码波形的合成孔径激光雷达机载飞行演示［4］，采用了单光束／单探测器架构，采用1 550 nm波长光纤脉冲激光放大器，平均功率1.5 W、编码长度20 ns、单个脉冲能量15μJ、重复频率100 kHz、编码脉冲谱宽7 GHz、等效分辨率2 cm，采用正交解调的基带外差探测方案。用于匹配滤波的相关编码为发射信号的光纤延迟探测信号，正交两通道都采用8 GS／s的ADC采样后处理。

图4-8　PPN编码激光雷达0.5 km三维扫描成像结果

洛克希德-马丁合成孔径激光雷达机载样机系统采用45°侧视照明距离1.6 km的地面目标，飞行速度约为55 m／s，数据采集分别采用了条带与近似聚束模式。为了实现较大视场演示，发射光束通过离焦方式实现目标面1 m直径的照明光斑，等效于2.4 mm口径的实发射口径，其收发后光路系统如图4-9所示［5］。

图4-9　洛克希德-马丁的PN编码激光合成孔径收发后光路系统

由于低的发射脉冲能量以及离焦收发方案，目标采用了贴于40 m×4 m木架的反光材料，上面通过覆盖洛克希德-马丁公司标志的非反光黑带形成反衬图案。两维数据压缩在MATLAB中进行，距离分辨率采用回波信号与延迟监控信号的数字匹配滤波实现，平台相对运动导致的波长级相位扰动采用基于数据的条带模式相位梯度自聚焦算法（PGA）滤除，更大的相位扰动采用加速度计检测数据在算法中补偿。所有数据处理在机载情况下近实时完成，耗时仅仅几分钟。进一步的数据聚焦采用了最大锐化法（sharpness maximization，SM）。在某些数据采集中，几个角锥放置于图像场景中，通过反向滤波法可以直接通过角锥提取相位误差，方便进行成像数据比对。

无角锥参考情况下仅采用PGA与SM算法补偿的飞行试验结果，总合成孔径长度为1.7 m，分成17个10 cm子口径分别成像处理，然后通过非相干叠加平均以抑制散斑效应，顺轨向成像分辨率为3.3 cm，与照明光斑相比提高了30倍。采用角锥参考情况下的两维压缩成像的总合成孔径长度为5.3 m，分成53个10 cm子口径分别成像处理，然后通过非相干叠加平均以抑制散斑效应，顺轨向成像分辨率为2.5 cm，与照明光斑相比提高了40倍。相比高亮度目标场景，无角锥校准情况更具实际意义，验证了PGA算法抑制相位扰动的有效性，显示了合成孔径激光成像雷达的广阔应用前景。