1 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201304
2 上海微小卫星工程中心，上海 201304
对采用天基逆合成孔径雷达（ISAL）对300~2000 km轨道高度的低轨（LEO）目标的掠飞和绕飞成像模式进行了性能分析及可行性探究，分析了成像分辨率和成像时间、最小无模糊脉冲重复频率（PRF）和回波信噪比（SNR）等系统关键指标，并进行了对比。研究结果表明：绕飞成像模式相比于掠飞成像模式可以实现对于目标的多角度持续观测，且绕飞周期较短(1.5~2.1 h)，可以快速获取更为丰富的目标信息，具备进一步三维ISAL成像的潜力；脉冲积累时间虽然更长，但在300~2000 km轨道高度范围只有130~190 ms （掠飞成像为0.1~130 ms）；最小无模糊PRF （对于10 m转动直径的目标，约为15 Hz）减少一半（减少了对激光器高重频的要求）；由于更长的脉冲积累时间，绕飞模式的回波信噪比更高，通过后期处理可以获得更为清晰的图像结果；适用于对重要目标和高价值资产进行快速、高分辨率、全方位的持续观测。而掠飞模式适用于对相近轨道高度面的LEO目标进行遍历和成像，从而建立目标的特征库。
成像模式 天基 逆合成孔径激光雷达 LEO目标 imaging mode space-based Inverse Synthetic Aperture LADAR LEO targets 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220679
1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室, 北京100190
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
合成孔径激光雷达是实现计算成像的一种重要途径。首先,介绍了多通道逆合成孔径激光雷达(ISAL)样机、成像探测实验及信号处理方法。然后,阐述了样机系统组成和关键技术解决途径。接着,利用基于一发多收脉冲体制和全光纤光路的相干激光雷达样机,给出了地面运动车辆目标的成像探测实验结果。最后,在收发扩束宽视场条件下,验证了多通道ISAL的高分辨率成像能力和顺轨干涉运动补偿成像方法的有效性。
成像系统 逆合成孔径激光雷达 相干成像 干涉处理 激光扩束 运动补偿 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811017
1 航天工程大学 电子与光学工程系, 北京 101416
2 航天工程大学 航天信息学院, 北京 101416
针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时, 其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题, 在建立机动目标精确回波信号模型的基础上, 提出一种基于积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换的成像算法.在距离压缩时, 首先采用积分立方次相位函数快速估计出回波脉冲的调频率, 进而在最佳旋转角下采用分数阶傅里叶变换实现距离像压缩, 消除距离色散.经过运动补偿后, 在方位压缩时结合积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换与Clean技术实现对每一距离单元上强弱散射点的分离成像, 解决由于机动运动产生的方位多普勒时变而形成的图像散焦问题.最后, 通过散射点模型的仿真实验, 验证了所提方法的有效性.
逆合成孔径激光雷达 机动目标成像 积分立方次相位函数 分数阶傅里叶变换 Clean技术 Inverse synthetic aperture ladar Maneuvering target imaging Integral cubic phase function Fractional Fourier transform Clean technique 光子学报
2018, 47(11): 1128003
1 装备学院 , 北京 101416
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时存在方位多普勒时变的问题, 提出了一种基于方位时频域keystone变换的机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法.利用多分量线性调频子回波信号的调频斜率与起始频率的比值为常量这一特点, 在方位时频域采用keystone变换将多分量线性调频信号同时转换为多分量单频信号, 利用快速傅里叶变换实现方位聚焦.采用基于分数阶傅里叶变换和最小熵的线性调频参量估计方法, 实现了对调频斜率与起始频率比值的精确、快速估计.结果表明, 与现有的基于Radon-Wigner变换的距离-瞬时多普勒成像算法相比, 所提出的算法成像效率大大提高, 且能够保留更多的目标细节信息, 适合于逆合成孔径激光雷达的实时成像.
逆合成孔径激光雷达 keystone变换 匀加速转动 分数阶傅里叶变换 最小熵 Inverse synthetic aperture ladar Keystone transform Uniformly accelerative rotating Fractional Fourier transform Minimum entropy
受激光调制技术的限制及大气湍流的影响，逆合成孔径激光雷达对自旋目标成像的过程中存在方位多普勒模糊和回波不相干的问题.同时，在成像中相邻回波脉冲间目标转角较大，回波相关性很差，现有的一些相位误差补偿算法难以补偿上述相位误差，传统方位相干积累法无法获取聚焦良好的二维图像.本文利用回波包络信息进行成像，建立了自旋目标逆合成孔径激光雷达成像的空间几何模型，分析了回波信号的特征，提出了一种基于广义Radon变换的自旋目标逆合成孔径激光雷达成像算法.首先采用自相关法在距离-慢时间域对距离压缩后的包络求取目标的自旋角速度，之后对距离-慢时间域的包络作广义Radon变换，实现对包络的非相干积累，并获得自旋目标的二维高分辨图像.由于没有利用回波相位信息，因此避免了相位误差的影响.仿真结果表明：传统距离-多普勒算法无法成像，而提出的方法在低信噪比、多普勒模糊和回波不相干条件下仍能够获得聚焦良好的图像.
逆合成孔径激光雷达 自旋目标 广义Radon变换 非相干积累 Inverse Synthetic Aperture Ladar(ISAL) Spinning target Generalized Radon Transform(GRT) Noncoherent integration
为了在聚束逆合成孔径激光雷达成像中获得三维重构需要的高程信息量，设计了基于聚束逆合成孔径激光成像雷达组的目标重构算法.系统在等边三角形三个顶点上分布安置逆合成孔径激光雷达，根据位置和倾角的关系，由另两个激光雷达提供三维目标重构的高程信息.计算了被测目标任意方向进入系统探测区域后，三个逆合成孔径激光雷达对应的高程函数表达式.通过仿真实验可知，被测目标的速度对高程函数没有显著影响.而逆合成孔径激光雷达与目标的角度关系对高程信息变化有显著贡献，在采用不同位置高程信息融合的过程中，选择逆合成孔径激光雷达的分布方式对回波数据的利用率有影响.由于不同角度变化产生了连续变化高程信息，利用该方法可以有效地通过获取高程信息重构目标三维图像.
遥感 逆合成孔径激光雷达 三维重构 高程探测 Remote sensing Inverse synthetic aperture ladar Threedimensional reconstruction Elevation detection
由于发射信号波长极短，目标或平台的微小振动将严重影响逆合成孔径激光雷达（ISAL）的成像效果。同时受激光调制技术的限制，ISAL发射脉冲信号的初始相位存在随机相位误差，这也对ISAL成像造成了极大的影响。现有的相位梯度自聚焦（PGA）算法无法补偿高频振动产生的相位误差；由于目标相对雷达转动分量的影响，空间相关算法（SCA）对补偿上述ISAL中的相位误差效果有限。为解决上述问题，将PGA算法与SCA方法相结合，提出了PGA-SCA相位补偿算法，通过循环移位和加窗处理消除了相邻回波间目标转动的影响。仿真结果表明，PGA-SCA能有效补偿上述两种相位误差，并获得聚焦良好的ISAL图像。
遥感 逆合成孔径激光雷达 振动 随机相位误差 相位梯度自聚焦 空间相关算法 激光与光电子学进展
2013, 50(10): 102801
