[发明专利]一种基于合成孔径激光雷达的成像装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于合成孔径激光雷达的成像装置及方法，所述成像装置至少包括成像模块和相位补偿模块，在所述成像模块基于反馈控制模块驱动所述可调谐激光模块后生成的差频信号进行成像的过程中，所述相位补偿模块通过迭代的方式逐渐逼近所述差频信号中的残余相位以进行补偿从而避免方位向失真。

本发明是申请号为201910787399.5，申请日为2019年8月23日，申请类型为发明，申请名称为一种合成孔径激光雷达系统的分案申请。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种合成孔径激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是一种高灵敏度雷达，它分辨率高、隐蔽性好、体积小、重量轻抗干扰能力强、多多路径效应不敏感，能探测隐身飞机、潜艇、生化战剂等。但激光雷达波束窄，不适用于大面积搜索，并且受大气和气象影响大，难以搜索和捕获目标，而且其空间分辨率受光学孔径限制，并随着距离的增加而下降。因此一种新体制激光雷达—合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Laser Radar,SAL)应运而生。

SAL的工作原理与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)类似，只是发射的信号不同，它在方位向通过合成孔径原理来实现高分辨率。SAL图像的分辨率也分为方位向分辨率和距离向分辨率。根据合成孔径原理，其方位向分辨率由方位向合成孔径长度决定，理论上可推导方位分辨率为天线方位孔径长度的一半，而距离向分辨率由雷达发射的激光信号带宽决定，即距离向分辨率为光速和激光信号带宽的比值。由此可知：第一，因SAL的方位向分辨率等于实际天线孔径的一半，而激光雷达的天线孔径远远小于微波雷达的天线孔径，因此，SAL可得到比微波合成孔径雷达更高的方位分辨率；第二，分辨率和波长与目标所在的位置无关，通过合成孔径处理，激光雷达大大提高了方位分辨率，减小了对目标环境的依赖性，能够形成清晰度较高的图像，从而实现高性能、远距离的探测。

例如，公开号为CN104898107B的中国专利文献公开了一种多发多收合成孔径激光雷达信号处理方法。该方法包括如下步骤：N个阵元分别接收目标回波信号，每个阵元对目标回波信号做剩余视频相位补偿处理和形式简化处理：每个阵元对所述形式简化处理后的目标回波信号做方位向傅里叶变换；对由N个阵元的混迭后的目标回波多普勒信号构成观测向量做解模糊处理，对无模糊的目标回波多普勒信号向量的各个元素按照模糊分量的数值大小进行排列，采用多普勒频谱拼接得到完整的无模糊的目标回波多普勒信号，从而得到合成孔径激光雷达图像。该发明提出的多发多收SAL体制可以有效解决传统单发单收SAL体制中存在的距离向宽测绘带和方位向高分辨率的矛盾问题，实现高分辨率宽测绘带SAL成像。但是，该专利提供的方法没有考虑到大气湍流以及卫星平台的振动带来的相位变化。由于SAL的工作频率很高，因此SAL在成像过程中对于大气环境中的湍流效应非常敏感。大气湍流引起的折射率的起伏以及大气密度的涨落会导致光束的波前发生失真，从而影响光束的强度和相干性，最终导致SAL方位向的分辨率降低。而且对于SAL系统采用激光作为载波，载波波长短于微波3～4个量级，对平台振动更加敏感。以机载或星载平台为例的运动平台按照一步一停模式分析，在一个步长内平台振动带来的光程变化将大于激光波长，因此平台振动带来的非理想光程变化会导致回波信号的相位发生变化影响SAL系统的成像分辨率。

例如，公开号为CN106371102A的中国专利文献公开了一种基于自适应光学的逆合成孔径激光雷达信号接收系统，包括激光信号发射子系统、接收望远镜、目标波前探测器、目标跟踪传感器、信号接收系统、倾斜控制系统、像差控制系统等：目标跟踪传感器获取目标相对光轴的倾斜信息，并通过倾斜控制系统实现对倾斜的实时补偿；目标波前探测器测量大气湍流、光学器件误差带来的光学像差，并通过像差控制系统实时补偿。该专利利用自适应光学技术实时补偿光束波前像差，保证了接收信号的信噪比。但是，虽然该专利考虑了大气湍流以及光学期间带来的相位误差，却没有考虑到激光光源的非线性失真导致SAL距离向的参数失真，对后期的合成孔径激光雷达的图像处理造成影响。