[发明专利]基于相干阵列探测器运动目标激光合成孔径稀疏成像方法

说明书

本公开提供一种基于相干阵列探测器运动目标激光合成孔径稀疏成像方法，包括：采用窄带激光发射信号对待探测目标进行照射，待探测目标存在转动和平动；通过激光本振相干阵列探测器采集待探测目标的多帧激光复图像；在待探测目标运动参数估计的基础上，在数字域对所述多帧激光复图像进行傅里叶反变换，得到多帧空间采样信号，并对所述多帧空间采样信号进行相位补偿和运动补偿；计算空间采样中心，并对所述多帧空间采样信号进行拼接，形成大范围空间稀疏采样信号；通过加长观测时间，降低所述大范围空间稀疏采样信号的稀疏率，并通过压缩感知处理，实现大范围空间稀疏采样信号的高分辨率图像重构和图像副瓣抑制。

技术领域

本公开涉及激光合成孔径成像技术领域，尤其涉及一种基于相干阵列探测器运动目标激光合成孔径稀疏成像方法。

背景技术

大口径望远镜可实现高分辨率成像，但制造难度高、平台承载困难。目前一般采用逆合成孔径激光雷达(Inverse Synthetic Aperture Ladar，ISAL)来进行高分辨率成像。ISAL通过激光雷达与目标的相对运动，以时分方式获取回波信号，等效望远镜口径的增大。当激光采用自发自收形式且中心波长为1.55μm时，目标15.5μrad(3角秒)的微小自转可实现5cm分辨率的成像，且与探测距离无关。当运动目标转动速度较慢、转动角度较小时，目标的转动和平动在ISAL成像中等效。

ISAL大多使用单元探测器并通过发射和处理宽带激光信号实现距离-方位向高分辨率成像，存在系统复杂、观测视场小等问题。阵列探测器具有观测视场大的特点，但是目前常用的阵列探测器采用非相干探测体制，图像相位信息的丢失导致其获取的图像在远场条件下无法反映目标运动信息，且成像分辨率受到望远镜口径和探测器像元尺寸等因素的限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有的技术问题，本公开提供一种基于相干阵列探测器运动目标激光合成孔径稀疏成像方法，用于至少部分解决以上技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种基于相干阵列探测器运动目标激光合成孔径稀疏成像方法，包括：采用激光发射信号对待探测目标进行照射，形成目标激光回波信号，其中，待探测目标基于运动方向运动，运动方向包括x′方向和y′方向，运动包括转动和/或平动，x-y-z为望远镜坐标系，x′轴与x轴平行，y′轴与y轴平行，激光发射信号为窄带激光信号；通过望远镜对目标激光回波信号进行傅里叶变换，形成望远镜接收信号；通过激光本振相干阵列探测器对望远镜接收信号进行采样，形成多帧激光复图像，激光复图像包括幅度信息和相位信息；估计待探测目标的运动参数；在数字域对多帧激光复图像进行傅里叶反变换，得到多帧空间采样信号；根据运动参数，对多帧空间采样信号进行相位补偿和运动补偿，并计算补偿后的多帧空间采样信号中心；根据多帧空间采样信号中心，对补偿后的多帧空间采样信号进行拼接，形成大范围空间稀疏采样信号；通过加长观测时间，降低大范围空间稀疏采样信号的稀疏率，并通过压缩感知处理，对大范围空间稀疏采样信号进行高分辨率图像重构和图像副瓣抑制，得到待探测目标的激光合成孔径图像。

可选地，基于相干阵列探测器运动目标激光合成孔径稀疏成像方法还包括：采用基准中频信号对种子源信号进行调制，得到调制信号；放大调制信号，得到激光发射信号；其中，激光发射信号采用收发分置方式和宽波束发射形式，激光本振相干阵列探测器采用宽视场接收形式，宽波束和宽视场覆盖待探测目标；激光发射信号为窄带脉冲激光信号或窄带连续波激光信号；以及基准中频信号用于实现激光发射信号与目标激光回波信号的采样时间和相位同步，以及用于对望远镜接收信号在电子学进行中频采样和低通滤波。

可选地，通过激光本振相干阵列探测器对望远镜接收信号进行采样，形成多帧激光复图像包括：对望远镜接收信号与激光本振信号进行相干探测，形成中频信号，激光本振信号与种子源信号同源；对中频信号进行中频采样后，经模数转换形成三维数字信号，三维包括俯仰向、方位向和快时间方向；对快时间方向的三维数字信号进行低通滤波和积分处理，得到二维的多帧激光复图像，二维包括俯仰向和方位向。