1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065
2 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
在面阵扫描成像激光雷达中，阵列光束照明与棱镜扫描相结合实现了高能量利用率、高分辨率和宽探测视场，但阵列子光束倾斜入射棱镜，破坏了光束传输的旋转对称性，棱镜对子光束偏转能力存在差异，规则光束阵列产生了形状畸变，导致光束指向误差，影响点云位置精度。首先，将阵列光束与棱镜结合的圆锥扫描方式分解为多角度入射多波束并行扫描，通过所有子光束的传输特征来综合表征阵列光束传输特征；然后，采用三维矢量光学方法推导了阵列光束在棱镜中的传输过程，建立了子光束指向变化与棱镜扫描角度的关系；最后，通过对机载激光雷达棱镜扫描成像过程的数值仿真，建立了光束指向变化与点云数据质量的联系。仿真结果表明：阵列光束(3×3)棱镜扫描系统在航高0.5 km时，光束阵列畸变导致平面误差RMS约为5 cm，并随航高呈线性变化；斜率约为0.1 m/km，并随着阵列光束规模和子光束角间距增加点云平面精度随之下降。通过对棱镜扫描过程中光束阵列畸变规律掌握，为后续机载飞行试验数据的校正、阵列光束结合多棱镜扫描系统的设计提供了基础。
机载激光成像雷达 阵列光束 棱镜扫描 指向误差 点云精度 airborne imaging lidar array beam prism scanning pointing error point cloud accuracy 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220689
1 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 复杂系统控制与智能协同技术重点实验室，北京 100074
Geiger mode Avalanche Photo Diode(Gm-APD)激光成像雷达三维重构算法的目标检测率、目标还原度等受预处理影响较大，不适当的预处理会导致目标缺失，信噪比降低。预处理通常使用高斯函数或双高斯函数进行卷积，滤波函数中不合适的方差同样会导致目标复原度变低。针对此问题，分析双高斯函数预处理方差组合对探测概率的影响，同时通过Monte Carlo仿真，分析固定激光能量下，固定帧数、不同背景噪声的最佳方差组合变化。拟合得到不同背景噪声水平下的最佳方差模型。最后使用真实实验进行验证，方差模型求得的最佳方差组合可达到实际90%以上最佳目标还原度。该模型对于实际信号处理具有理论指导作用。
激光成像雷达 双高斯预处理 Gm-APD Gm-APD lidar double Gaussian function preprocessing 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200388
为了满足无人驾驶、车载避障等应用需求，激光成像雷达通常需要识别几米到几百米大动态范围内的目标信号。限于体积成本，当激光雷达不具备自动增益控制功能时，如何实现从饱和到非饱和回波信号的高精度测量是激光雷达测距技术急需解决的问题。传统的激光成像雷达多采用时间数字转换器的边沿测距方法，该方法对于近距离饱和波形测距效果较好，但对于远距离小信号成像能力有限，因此提出了基于高速模数转换的全波形匹配测距方法。该方法通过对回波脉冲与高分辨率模板波形的滑动匹配，求取高精度的回波脉冲峰值位置。并在FPGA上实现了优化的快速收敛方法，提高了算法执行速度，在保证了测距精度的同时提高了激光成像雷达的有效成像范围。通过大量的成像实验验证，激光成像雷达测距精度可达2.7 cm，有效成像范围可达200 m以上。
近程大动态范围测距 激光成像雷达 全波形测距 波形匹配 large dynamic ranging imaging lidar full waveform ranging waveform matching 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200179
1 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 复杂系统控制与智能协同技术重点实验室, 北京 100074
3 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
Geiger mode Avalanche Photo Diode(Gm-APD)激光成像雷达三维重构常用的峰值法对于异常峰会提取到错误的目标位置, 阈值选取整数会造成重构三维像信噪比不高及目标缺失等。针对此问题, 提出了基于加权一阶类高斯匹配滤波算法, 通过对脉冲回波触发频数直方图的拟合归一化得到权重窗口平滑直方图再次选取峰值位置进行重构。应用基于Poisson分布的Gm-APD触发模型理论推导得到该算法的探测率及虚警率表达式并与峰值法对比, 理论结果为使用基于加权一阶类高斯匹配滤波算法提取到目标的概率更高, 通过Monte Carlo仿真验证了理论推导结果。最后使用两种算法对真实实验数据进行三维重构, 主观及客观对比其重构得到的三维距离像, 基于加权一阶类高斯匹配滤波算法在复原效果上较峰值法有了明显提升。结果表明, 基于加权一阶类高斯匹配滤波算法在处理低信噪比、实时三维重构等方面具有良好的实际应用前景。
激光成像雷达 三维重构 Gm-APD Gm-APD Lidar 3D reconstruction 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205006
海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
为了评价高重复频率系统在每个选通切片中的成像质量,为脉冲分配策略的研究提供依据,在Jaffe-McGlamery模型的基础上,建立描述高重复频率系统信号传输过程的理论模型,分析图像退化因素,提出一种高重复频率系统成像质量评价模型。采用重复频率为4 kHz的脉冲激光器,对黑白条纹靶板目标进行成像。实验结果表明,从目标开始成像到出现饱和前的线性区间内,该理论模型的结果与实验结果相吻合,误差不超过10%。
海洋光学 对比度信噪比 高重复频率激光成像系统 成像雷达
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
进行了1.8 km和3.4 km的直视逆合成孔径激光成像雷达外场实验,给出了远距离成像模式下考虑相位延时的非线性校正算法。实验中,目标为放置在无人机上的角锥和包裹有反射纸的无人机。通过交轨向包络对齐和顺轨向相位补偿算法,先后得到了不同成像距离下的角锥目标图像和1.8 km成像距离下的无人机图像。成像距离为1.8 km时二维分辨率达到了7.2 mm×5.8 mm,成像距离为3.4 km时二维分辨率达到了12.7 mm×9.2 mm。
大气光学 直视逆合成孔径 激光成像雷达 空间相位调制 外场实验
1 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室, 河南 洛阳 471003
2 国防科技大学 电子科学学院, 长沙 410073
间歇采样转发干扰是针对宽带成像雷达的一种新型干扰方式。根据间歇采样转发干扰的基本原理，对宽带成像雷达，按照常规应用策略，能够在高分辨距离像结果中叠加一串虚假散射点。结合成像处理过程可知，这一串虚假散射点在事实上提升了成像处理中包络对齐效果。针对间歇采样转发干扰常规应用策略导致的问题，以破坏包络对齐为目的，设计了一种新的间歇采样转发干扰应用策略：按照预设随机序列改变间歇采样周期，来实现转发干扰方式。通过仿真实验，验证了所提出的应用策略能够显著降低成像质量。
间歇采样转发干扰 成像雷达 应用策略 包络对齐 intermittent sampling repeater jamming imaging radar application strategy envelope alignment 强激光与粒子束
2018, 30(5): 053203
为了获得目标区域的高精度3-D距离图像, 采用自研带读出电路的雪崩光电二极管(APD)面阵探测器组件, 研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域, APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号, 经信息处理获得目标区域3-D距离图像, 对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明, 所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像, 成像距离达1.2km, 距离分辨率为0.45m, 成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。
成像系统 非扫描激光成像雷达 雪崩光电二极管面阵探测器 3维距离图像 imaging system non-scanning imaging lidar avalanche photodiode planar array detector 3-D range image
国防科学技术大学 电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
太赫兹孔径编码成像借鉴了光学孔径编码成像和微波关联成像的基本原理, 通过反射式天线等技术改变目标区域太赫兹波等效空间幅相分布来实现高分辨成像, 具有高帧率、高分辨、前视凝视等诸多优势, 是太赫兹雷达的重要发展趋势之一.介绍了太赫兹孔径编码成像提出的背景, 系统阐述了其原理、现状、实现方式、关键问题, 指出了其在末制导、安检反恐等领域广阔的应用前景, 以期为推动太赫兹孔径编码成像和新体制太赫兹雷达研究提供一定的借鉴.
太赫兹雷达 成像 孔径编码 成像雷达先进扫描技术 imaging coded aperture advanced scanning technology for imaging radars (A
中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
报道了一个正弦相位调制的大视场机载直视合成孔径激光成像雷达。在室外3.8 km进行了视场扫描并获得了高分辨率合成孔径成像。同时给出了该机载直视合成孔径激光成像雷达的3 km飞行试验结果, 获得了高质量大视场图像, 其成像视场提高了一个量级, 达到了4.8 mrad。
遥感 激光雷达 机载直视合成孔径激光成像雷达 大视场 正弦相位调制
