为了探索大随机相位误差条件下合成孔径雷达(SAL)成像特点和规律, 本文采用波长为1 550 nm 的线性调频激光器建立了能够产生大的共模随机相位误差的条带模式SAL成像实验装置。利用此装置获得了不同目标回波强度下条带模式SAL成像实验数据, 结合条带模式相位梯度自聚焦(PGA)多次迭代处理, 获得了高分辨率SAL图像。实验发现在［-645π,645π］范围的大随机相位误差下, 通过简单的距离压缩和方位匹配滤波, 无法实现SAL图像聚焦, 图像信噪比仅为3 dB。进一步采用PGA处理, 就能很好地校正相位误差, 得到聚焦良好的SAL图像, 图像信噪比达到43 dB。实验还发现, 当存在大共模随机相位误差时, PGA处理展现出非常强的鲁棒性, 在回波弱到10-15 W的情况下依然有效。在大相位误差存在的SAL系统(如机载SAL)中, PGA处理能有效消除相位误差, 实现图像聚焦; 另外, 增大探测激光功率以提高成像数据信噪比, 将有助于提升PGA处理效果。

相位梯度自聚焦（PGA）算法广泛应用于合成孔径雷达的运动误差补偿。激光信号波长比微波信号小3~4个数量级，因而在合成孔径激光成像过程中，实验平台的振动会引入极大的相位误差，导致成图质量下降。在合成孔径激光雷达（SAL）成像过程中应用PGA算法，并针对激光波段信号的特点对传统的PGA算法在加窗方法上加以改进。实现了SAL样机在室外64 m成像距离下的快速合成孔径激光成像的实验验证，证明PGA算法能够实现散焦数据中相位误差的精确补偿，且改进后的PGA算法在达到同样补偿效果的前提下，迭代次数更少。

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。

为研究大气湍流对合成孔径激光雷达(SAL)的成像影响,采用谱反演法对符合Kolmogorov谱的大气随机相位屏进行了数值模拟,给出了单层及多层叠加的随机相位屏图像;然后以多层随机相位屏叠加方式模拟实际大气湍流,计算了无湍流、弱湍流、中等湍流和强湍流等情况下理想机载单站聚束式SAL对点目标以及扩展目标的成像,模拟成像表明大气湍流对SAL成像的方位分辨率有严重影响,湍流越强,图像方位向分辨率越差;针对湍流造成的SAL图像方位向分辨率降低,采用相位梯度自聚焦(PGA)算法对SAL图像进行了方位向补偿,结果有效地改善了图像的聚焦效果,提高了成像质量。