合成孔径激光雷达具有成像分辨率与探测距离无关的特点。与微波相比,激光波长至少小3个数量级,因此能实现更高分辨率的成像,但是波长更短时成像更容易受系统自身引入的相位误差的影响,从而导致成像模糊。为了消除该误差对成像的影响,提出采用光学锁相环(OPLL)技术抑制编码合成孔径激光雷达的系统随机相位噪声。在发射端,激光信号经编码信号驱动的电光调制器调制后用于探测目标;在接收端,对接收到的回波信号与本振光进行正交解调。所提出的基于OPLL的编码合成孔径激光雷达工作在1550 nm波段,调制带宽为1.25 GHz,脉冲重复频率最高可达1.2 MHz/s。实验结果表明,在没有OPLL时,系统随机相位波动大于100 rad,采用OPLL后,系统内部相位稳定度优于0.1 rad,大幅度提高了系统自身的相位稳定度和方位向合成成像精度。

目标散射光至单模光纤的高效耦合是光纤相干探测激光雷达系统研制的关键技术。为获得尽可能高的单模光纤耦合效率, 首先分析了Zernike初级像差对单模光纤耦合效率的影响, 在此基础上针对收发共光路单模光纤耦合光学系统在真空中使用的需求设计了带有真空补偿镜的耦合光学系统, 实测耦合效率为55.9%。最后对耦合系统在不同温度下的耦合效率进行了测试, 在(20.4±2)℃的温度范围内耦合效率最低为45.7%, 并通过基于角锥棱镜的焦面位置等效验证方案验证了真空状态下的耦合效率与地面测试状态下的耦合效率一致。

逆合成孔径激光雷达(ISAL)相比逆合成孔径雷达(ISAR), 其信号源具有更小的发散角, 同分辨下具有更小的合成孔径累积角度的优点, 从而获得关注。但是因为ISAL采用激光器为雷达信号源, 而且激光雷达与微波雷达调制原理不同, 导致在ISAR中主流的扩频方案如线性调频并不适用于真实的ISAL。为了获得高重复性的并且在极短时间内宽频的探测信号, 采用了光通信中广泛使用的最长序列相位调制。在说明了其远场回波信号模型和对应的成像算法之后, 指出了其与传统算法之间的区别。最后, 使用由多个散射中心点组成的成像目标, 进行了成像算法仿真和结果分析。仿真参数与成像结果表明: 该方法为一种可采用的实时ISAL调制方法。

设计了一个实时数据采集的逆合成孔径激光雷达成像系统。该系统使用基于连续m序列相位调制方案，采用功率为2 W、波长为1550 nm的激光对33.5 m外的转动目标进行成像。距离-多普勒域成像结果清晰地再现了目标特征。成像示例中，距离向分辨率和正交距离向分辨率分别为18 cm和1.576 kHz。

考虑相干激光雷达对光束波前的要求, 设计了压电驱动双面快速指向镜系统以实现相干激光遥感探测的高精度大范围指向定位。研究了系统的机械结构和电子学控制方法。结合指向角度、通光口径及信号带宽的实际工程应用需求, 选择了合理的致动器和位移放大机构。针对压电陶瓷固有的迟滞和蠕变等非线性效应, 设计了以应变片作为位移传感器的模拟比例-积分-微分(Proportion Intergration Differentiation, PID)闭环反馈控制方法。在仿真分析指向镜固有模态频率的基础上, 确定了周边支撑的反射镜支撑方式。实验结果表明, 该指向系统能够达到指向范围为27 mrad×27 mrad、绝对定位精度优于27 μrad、偏转速率为2.7 rad/s的指标, 基本满足激光遥感探测对探测范围、探测精度、探测速率等指向定位的要求。

合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广, 相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。相比机载、陆基等应用环境, 空间没有大气湍流和机械振动, 非常适合合成孔径激光雷达应用, 而合成孔径激光雷达本身分辨率不随距离变化的优点, 也利于空间大尺度距离探测。建立了对非合作目标进行高分辨率成像监测天基合成孔径激光雷达成像模型, 对系统中关键参数进行分析, 针对地球静止轨道上的目标进行了系统设计, 提出系统实现工程化需要进一步突破的关键技术。结合理论分析, 设计了缩比模型验证实验, 利用转台模拟空间卫星间运动, 得到了方位向分辨率1 mm的目标图像, 证明了系统分析的合理性和该系统的实用性, 对天基合成孔径激光雷达技术的推广具有一定意义。

合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广，相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。由于传统线性调频模式受制于调频速率和非线性等因素，无法应用于高速运动平台。从合成孔径激光雷达原理出发，结合光通信调制手段，详细推导了强度编码合成孔径激光雷达编码压缩原理公式，并仿真验证了M序列应用于强度编码的压缩性能。通过对模糊函数推导与仿真，证明强度编码信号不存在多值性模糊和互耦合误差。搭建了基于光纤的强度编码距离向分辨率验证实验系统，选取长度1 023、码元宽度5 ns的M序列进行强度编码调制，利用2 000 m延时光纤进行了距离向验证。在考虑载波光幅值抖动的情况下，得到了0.787 5 m的距离向分辨率，精度误差5%。该文从理论与实验两方面证明强度编码合成孔径激光雷达的可行性，为工程实现提供了一定实践支撑。

基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter, TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构，每个测时通道由3个物理测时链路组成，最后通过三模冗余增强抗单粒子翻转能力。并应用了通道均匀性校准修正技术，解决了多通道测时均匀性问题。实验结果表明，系统测时精度达到62.9 ps，通道一致性较好，满足激光雷达三维成像要求，同时该技术方案具有低功耗、轻量化等特点。

合成孔径激光雷达(SAL)是遥感领域的研究热点.振动是SAL系统中较为突出的问题.根据之前的研究结果,SAL对垂直航向的线振动比较敏感.为了抑制振动带来的相位误差,根据差分合成孔径雷达(DSAL)实现振动抑制的原理,提出了在距离向上交错放置的两个接收镜头实现差分接收的方案,从原理上分析了这种交错结构的DSAL系统对线振动和角振动的抑制能力,并分析了角振动对抑制效果的影响.采用实测的POS数据对抑制能力进行仿真可以看到,这种交错结构对线振动和角振动有较好的抑制效果.该结论为在工程中实现SAL成像的振动抑制提供了理论基础和系统选择方案.