如图11-47所示，机载的SAIL激光雷达系统主体包括激光雷达主机、陀螺稳定平台和机架。激光雷达主机通过法兰盘固定在陀螺稳定平台上，陀螺稳定平台固定在机架上，机架通过减震垫固定在与机舱底板固定的过渡板上，过渡板通过地脚螺栓固定在最大窗口周围的导轨上。控制机箱通过过渡板固定在机舱地板导轨上。激光雷达系统主体安装均在飞机机舱地板以上，因此起降时可以盖上窗盖。在激光雷达系统主体运入机舱之前，首先将转接板固定在机舱导轨上，然后将激光雷达主体支架放置在固定板上，头部探入开孔中，调低旋转底座使支架与固定板直接接触，最后通过角铁将支架与固定板链接固定。

直视SAIL飞行试验的主要试验目标为对位于大路镇大路通用机场的靶点合作目标成像，其次在起飞和返回过程中对周边的港口、船闸、化工厂目标的回波信号进行采集。飞行路线如图11-48所示。

靶点的地面目标为两条长100 m，宽2 m范围的人造目标，由木质框架构成，上面分别放置光学角锥点阵和3M反射纸图案，为无源材料器件，以及10片由铝片制作的“中”字构成。3M放光纸目标如图11-49所示。

合成孔径激光成像雷达装载在有人机（Y-12）舱板上，利用飞机底板上开的通光窗口，激光雷达以顺轨向和交轨向各5 mrad的固定发散角向飞机下方发射1 030 nm激光，在经过目标上空时激光发射射线方向保持不变，飞机速度与姿态尽量保持恒定，激光以推扫模式扫过目标，雷达系统实时采集回波信号，持续时间等于目标尺度除以飞行速度，约0.3 s。根据回波数据与姿态数据可以反演出目标的超分辨成像结果。飞机对地面人造目标进行成像试飞，从合作点目标逐步过渡到高反射面目标，从低空逐步过渡到高空，最终进行对陆上设施和水上船只等实际目标的试验成像试飞。

该合成孔径激光成像雷达试验需要对固定于地面的小型人造目标进行成像试验，系统视场较小，且为下视工作，需要飞行平台准确飞过目标点上空，飞行精度小于±20 m，因此需要预先进行航线规划。目标上空的飞行试验方案如图11-50所示，飞机根据GPS数据引导进入试验飞行轨道，在目标中点前后设5 km和2 km进入点和退出点，在经过目标上空的直线飞行区需要保持速度与状态的稳定。

飞行测试的高度为1 000～3 200 m，同时进行了条带式、滑动聚束式、高反射目标／实物目标等成像试验。如图11-51为飞机飞行试验场景，图11-52为3 km飞行高度同轴相机对靶点目标探测图像。

对于合成孔径激光成像，飞行姿态的扰动将造成图像扭曲与顺轨向二次项相位历程的破坏，低频大角度姿态扰动可以由陀螺稳定平台自动补偿，高频小角度姿态扰动必须由POS记录并分析后由信号处理算法加以补偿。载机飞行轨迹如图11-53所示。

图11-53　载机飞行轨迹(www.daowen.com)

（a）第一架次；（b）第二架次

试验过程中POS向座架发送姿态数据，为座架姿态稳定控制提供反馈信息；试验结束后，使用专用软件对POS存储的数据进行事后处理，获得更高精度的姿态、速度、位置信息，用于激光雷达姿态补偿，使雷达成像更清晰。

机载直视SAIL的目标成像结果如图11-54所示。图11-54（a）为铺设在地面的合作目标，该目标由3M钻石反光材料制作的10组“中国科学院”，并黏贴在2.4 m×2.4 m的方形木板上（两个字黏贴一块方形木板），最终拼接成约80 m长、2.4 m宽的长条形条带目标。飞行实验时，飞机近90°飞过条带目标，如图11-54（a）的箭头所示。图11-54（b）为经过姿态补偿的二维成像聚焦结果，从图中可以看出，最终获得了清晰的“中国科学院”图像结果，其成像在交轨向大约有2组“中国科学院”目标，即条幅宽度约为14.5 m，对应的3 km距离的成像视场为4.8 mrad，与设计的理论值基本一致，具有大视场的成像条幅。

图11-54　机载直视SAIL的目标成像

（a）地面目标照片；（b）SAIL二维聚焦像

原始的回波数据通过两个正交方向（交轨向和顺轨向）的压缩或聚焦形成SAIL的二维图像。其二维压缩／聚焦均依赖于稳定的相位历程数据，当相位数据不稳定时（即存在相位误差）时，聚焦的图像就会模糊。由于大视场机载直视SAIL采用反射式振镜扫描进行交轨向的相位调制，反射镜面每秒振荡上千次，在一个周期内都要经历加速、减速等步骤，因此，使得振镜的速度、角速度非均匀变化，速度的非均匀性使得采样分布呈现中间稀疏、两端密集的特点，其回波的交轨向快时间相位历程为正弦变化。其正弦相位调制呈现单边带的拖尾现象，导致成像模糊，除主瓣外，旁瓣出现周期性的条纹，其强度逐渐减弱，条纹变暗［17］。而机载成像采用了重采样插值方法对正弦扫描的非均匀性进行处理，重采样插值方法［17］是根据正弦相位从非均匀坐标分布变换到均匀坐标分布的原始数据处理，后续再进行交轨向傅里叶聚焦和顺轨向匹配滤波成像。图11-54（b）是进行重采样插值的成像结果，经过了重采样插值，SAIL图像质量得到大幅度提高，成像的拖尾现象得到抑制，主要能量基本都压缩到了交轨向的主瓣中，有效地提高成像信噪比和成像质量。

合成孔径激光成像雷达的顺轨向匹配滤波要求顺轨向的相位具有二次相位，由于探测激光波长短，其回波的相位历程极易受到外界环境的干扰，在机载实验中，其顺轨向相位受飞机的飞行姿态、飞机的振动影响，其孔径并未充分合成，有大部分的能量分散在顺轨向上而无法获得理想的能量聚焦，成像结果中的长条带即为聚焦不充分的能量分散。同时在视场边缘，其激光能量较弱，同时存在高频的相位误差，导致直视SAIL的边缘视场的图像较暗、对比度差，产生图像畸变。