逆合成孔径激光成像的成像方式采用雷达位置固定不动，通过物体的运动（旋转和平动）实现孔径合成，如图11-71所示。直视逆SAIL的成像原理与直视SAIL一致，主要是基于抛物波前差动扫描和自差探测接收原理提出的，具有大视场、克服大气湍流的优势［18～22］。同时，由于直视SAIL利用转台模拟孔径合成，转台在转动过程中会存在转速不稳、平台振动等现象，由直视SAIL的原理［18～22］可知，这些微小的振动误差作用到目标面上会放大M倍，增加了算法处理的复杂度。但是直视逆SAIL因为平台保持静止，主要依靠目标的运动实现孔径合成，故而其误差仅仅与目标的飞行姿态有关，相较于直视SAIL存在的误差而言，对成像影响较小。

为了进行远距离情况下目标平动的直视逆合成孔径激光成像雷达外场试验验证，在距离1.8 km和3.4 km处进行了地对空成像，得到了合作目标成像结果和清晰的角锥图像结果，在1.8 km的情况下，二维分辨率为7.2 mm×5.8 mm；3.4 km的情况下二维分辨率为12.7 mm×9.2 mm。由于成像距离较远，接收相位相对于发射相位的时间延迟不能忽略，本节给出了存在相位延迟情况下的交轨向非线性矫正算法。同时，通过交轨向包络对齐和顺轨向相位补偿，得到了清晰的角锥图像和无人机图像。

直视逆SAIL外场试验雷达装置如图11-72（a）所示，当时的成像天气如图11-72（b）所示，试验时间选择在北京时间18点左右。雷达放置在中国科学院上海天文台观测站，目标为在1.8／3.4 km处的无人机。无人机飞行时，与雷达光束传播方向垂直。

图11-72　外场雷达装置

（a）雷达装置图；（b）成像环境

本次试验中，扫描振镜为正弦驱动扫描，振镜的扫描频率为760 Hz，正反两方向采样，即顺轨向采样率为1.52 kHz。接收信号经过接收望远镜后进入光学桥接器实现自差相干后，由平衡接收机进行信号的光电转化，并由高速的现场可编程门阵列（FPGA）进行信号采集，经过电脑进行后处理成像。该直视逆SAIL装置的主要参数如表11-1所示。直视逆SAIL放置的位置经纬度为（121.191 350 479 1°，31.093 808 320 9°）。成像距离1.8 km时，无人机从经纬度为（121.188 063 919 5°，31.082 608 059 2°）的位置以3 m／s的速度飞行至（121.187 326 312 1°，31.082 559 819 9°），角锥目标时的激光发射功率为3 W，无人机目标时激光发射功率为20 W。成像距离3.4 km时，无人机从经纬度为（121.203 279 000 0°，31.071 502 000 0°）的位置以5 m／s的速度飞行至（121.202 583 000 0°，31.071 170 000 0°），激光发射功率为3 W。

利用该直视SAIL系统，进行了成像距离1.8 km和3.4 km的地面演示试验。由于振镜与顺轨向柱面镜（L1和L2）距离较近，激光往返两次经过柱面镜，所以匹配滤波半径R1等于柱面镜焦距的1／4。另一方面，由于发射端孔径光阑的限制，直视逆SAIL的内发射光场的顺轨向等效孔径为4 mm。因此，内发射场光斑在1.8 km目标面处，被放大了1 800倍，光斑面积达到了6 m×6 m；在3.4 km目标面处，被放大了2 833倍，光斑面积达到了11.3 m×11.3 m。交轨向采用正弦调制，采样时间占半个振镜周期的62.89%。数据采集之后，经过电脑进行补偿并成像。

由于直视SAIL的成像原理，目标面处的光斑相位为内光场光斑放大M倍，其中M=L／FM，L为成像距离，FM为发射主镜焦距。直视逆SAIL要求物体匀速飞行，并且与光束保持垂直，但是无人机在飞行过程中，很难保证这两点。同时，由于大气的剧烈扰动，会造成交轨向压缩之后目标位置的漂移，这对顺轨向的压缩聚焦有很大的影响。

角锥目标如图11-73所示，雷达成像距离为1.8 km，对其接收信号进行处理，交轨向压缩之后的图像如图11-74（a）所示，由于采用正弦相位调制，经过傅里叶变换后存在单边带展宽现象；图11-74（b）为未考虑时间延时情况下的矫正结果，成像距离为1.8 km，可以计算得到相应的光相位延迟时间为1.20μs，对应的交轨向采样点数分别为375，如果不考虑时间延迟，则难以恢复出理想交轨向压缩图像；图11-74（c）为考虑时间延时情况下的矫正结果，可以看出很好地恢复出了交轨向压缩结果，但是由于其飞行姿态等问题，交轨向压缩后的图像存在一个抖动问题，会对顺轨向匹配滤波造成一定的影响，需要进行校正；图11-74（d）为非线性矫正之后，通过交轨向包络对齐的结果，可以看出在很大程度上将图像对齐到了一条直线上；图11-74（e）为未进行顺轨向补偿的结果，由于目标移动速度的不均匀，姿态的改变等造成顺轨向二次相位存在误差，故而影响到成像质量；图11-74（f）为顺轨向相位补偿后的结果，可以看出，经过补偿后很好地恢复出了图像。从而验证了系统及原理的可行性。(www.daowen.com)

3.4km成像距离情况下，可以计算得到相应的光相位延迟时间为2.27μs，对应的交轨向采样点数分别为708，因此交轨向非线性矫正时同样需要考虑相位延时。对其接收信号进行处理，交轨向压缩之后的图像如图11-75（a）所示，存在明显的正弦相位调制导致的单边带展宽现象；图11-75（b）为未考虑时间延时情况下的矫正结果；图11-75（c）为考虑时间延时情况下的矫正结果，很好地恢复了理想交轨向压缩图像，但是由于飞行姿态的误差，存在明显的偏移现象；图11-75（d）为非线性矫正之后，基于交轨向包络对齐的结果，得到了很好的对齐图像；图11-75（e）为未进行顺轨向补偿的结果，由于顺轨向误差的存在导致图像涣散；图11-75（f）为顺轨向相位补偿后的结果，很好地恢复出了原始图像。

图11-74　1.8 km的角锥目标交轨向成像结果

（a）原始情况；（b）未考虑延时情况；（c）考虑延时；（d）交轨向对齐；（e）顺轨向未补偿；（f）顺轨向补偿

图11-75　3.4 km的角锥目标交轨向成像结果

（a）原始情况；（b）未考虑延时情况；（c）考虑延时；（d）交轨向对齐；（e）顺轨向未补偿；（f）顺轨向补偿

无人机由反射纸覆盖，为三维结构，因为入射角度的问题，导致雷达只能接收到部分无人机的信号，所以只能进行部分成像。无人机目标如图11-76（a）所示，无人机飞行时，雷达光斑照射到无人机侧面方向，得到无人机的侧面成像图，如图11-76（b）所示。成像距离1.8 km，交轨向非线性矫正时考虑相位延时得到的成像结果。

图11-76　无人机及成像结果

（a）无人机；（b）无人机侧面成像