大气对SAIL的主要影响是湍流导致的返回波前畸变。众所周知,如果两条光束并行在大气中传输,只要两者之间的距离不超过相干距离(又叫作等晕长度,其值取决于大气状态和激光波长,一般为0.1~1 m),它们之间的相干性就基本上不会受到影响。
大气等晕角是表征大气湍流统计特性的几个常用参数之一。把大气中某一区域分割成许多小区域,使光波场通过每一小区域内两点的相位差小于某一值,近似与天顶角β无关,则称这些小区域为等晕区,相对应的视场角度为等晕角,它主要取决于高层大气折射率结构常数的分布:
要在整个成像时间内保持相位的相干性,发射的脉冲必须都要在大气的等晕区域内传输。这就意味着,从地面观测站的角度来看,在脉冲发射传输的整个周期内,平台的角运动必须保持在大气的等晕角内。如果不能保证这种要求,那么最后一个返回脉冲的相位和最初返回脉冲的相位相比就会产生一个未知的相位差,该相位差取决于大气状况,而匹配滤波的输出也将偏离于期望值,对成像结果造成影响。(www.daowen.com)
合成孔径激光雷达成像目的是通过合成孔径的方式获取具有较高分辨率的目标图像,即所期望的可分辨的目标图像像素尺寸很小,这就要求合成孔径的合成长度要足够大。如果系统的成像时间τim超过平台对等晕区域的穿越时间τiso,即τim>τiso,就无法保证光束在经过大气时其往返路径能保持在较小的大气等晕区域范围内,这就对合成孔径雷达的合成长度有一定的限制,该约束条件导致对地观测存在一个最小分辨率。要解决这一问题,需要对平台的飞行速度等参数进行有效设计以满足等晕区域的约束条件。
由此可见,光束的双程传输必须要在等晕区域内完成,如果光束的发射接收经历超过等晕区的较大角度区域,则大气扰动引入的相位畸变不均匀,无法使用自适应光学技术进行补偿,对于此类问题目前仍有待解决。然而,即使光束的发射和接收均在等晕区域内完成,大气扰动仍然对光波场引入相位畸变,但这种相位的畸变在统计上是均匀的、可以通过后期的信号处理技术进行修正。
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