理论教育 非相干合成孔径激光雷达成像技术

非相干合成孔径激光雷达成像技术

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:本节基于CT层析术方法,提出了聚束模式的非相干合成孔径的激光成像雷达概念,采用距离分辨或者多普勒频移分辨的目标侧视投影的光强或光场振幅回波信号的时间积分进行数据收集,再通过反向投影或者雷登-傅里叶变换等的反投影计算方法实现目标重构成像。本方法具有多样化的操作性,开阔了合成孔径激光成像雷达的应用范围。

非相干合成孔径激光雷达成像技术

合成孔径激光成像雷达的原理来自微波合成孔径雷达,是能够在远距离获得厘米量级分辨率的唯一的光学成像观察手段[20,21]。合成孔径激光成像雷达在交轨向聚焦成像采用啁啾激光外差接收解斜方法,在顺轨向的聚焦成像采用孔径合成的方法即空间二次项相位匹配滤波方法,因此合成孔径激光成像雷达属于空间-时间全相干处理[22,23],在信号收集和数据处理的时间域[24]中和空间域[25~31]中都提出了非常严格的要求,同时涉及光频信号的振幅、偏振、频率、时间相位和空间相位,实施上有非常高的技术难度。

微波合成孔径雷达是无线电频率下的相干处理成像雷达,聚束模式是主要工作模式之一,聚束模式内在含义是依靠激光雷达与目标的相对转动成像。微波合成孔径雷达聚束模式可以采用计算机层析成像的体系和算法进行完整描述[32],甚至实现三维成像[33]。同样在合成孔径激光成像雷达中也存在聚束模式[34],但是采用了点目标脉冲响应进行分析。这些聚束模式均是相干孔径合成处理的。

应当注意,计算机层析术(CT)在医疗成像的原始应用中是属于采用X射线光强的非相干处理方式,不涉及射线的相位问题,可见计算机层析对于相干处理和非相干处理成像都适用。本节基于CT层析术方法,提出了聚束模式的非相干合成孔径的激光成像雷达概念,采用距离分辨或者多普勒频移分辨的目标侧视投影的光强或光场振幅回波信号的时间积分进行数据收集,再通过反向投影或者雷登-傅里叶变换等的反投影计算方法实现目标重构成像。该方法有如下的明显特点:由于采用非相干处理的孔径合成,不需要考虑光频的时间和空间相位特性,因此大大降低了实施技术难度,简化了雷达硬件结构。非相干合成孔径激光成像雷达可提供3种工作模式:传统的聚束模式、逆聚束模式和成像聚束模式;包含了两种传感成像方式:距离分辨成像和多普勒频移成像;提供了多种维度变换成像,即不仅能实施平面目标的距离分辨和多普勒频移分辨二维成像,也能进行三维物体的距离分辨三维层析成像或深度方向压缩的距离分辨或者多普勒频移分辨的二维成像。本方法具有多样化的操作性,开阔了合成孔径激光成像雷达的应用范围。(www.daowen.com)

国际上之前报道过一种反射层析激光成像雷达的原理和实验[35,36],也采用计算机层析术的概念和算法,但只是对被测物体的横截面观察得到物体的表面轮廓像,而本方法是采用目标的侧视观察,得到的是目标的平面像,因此成像方式完全不同。

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