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
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220406
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
逆合成孔径激光雷达(ISAL)成像运动补偿中,包络对齐的精度直接影响了相位误差估计精度。当目标速度和加速度较大时,距离包络严重倾斜且相位误差较大,图像无法进行良好聚焦。针对上述问题,在高精度成像模型的基础上提出了一种基于Nelder-Mead单纯形法和粒子群优化的全局联合运动误差补偿算法。首先,利用单纯形法估计目标速度,完成包络对齐。然后,将包络对齐过程获得的目标速度作为相位误差估计中参数初始化的约束条件。最后,用粒子群优化算法对各运动参数进行全局搜索并得到最优解,实现高精度运动参数估计及高阶相位误差补偿,得到聚焦良好的二维图像。实验结果表明,本算法的参数估计误差主要分布在±0.2%以内,参数估计精度和抗噪声性能均优于传统ISAL成像算法。
遥感 逆合成孔径激光雷达 运动补偿 Nelder-Mead单纯形法 粒子群优化算法 参数估计 光学学报
2021, 41(19): 1928001
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 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京100049
逆合成孔径激光雷达(ISAL)的调制信号具有高频率、大带宽的特性,使传统逆合成孔径雷达的“一步一停”模型不再适用。通过建立精确的ISAL成像模型,分析了ISAL成像过程中存在的平动误差、转动误差和模型误差。针对传统ISAL采用平动、转动分离补偿时,由于平动误差补偿存在残余误差而影响转动误差补偿的问题,因此提出基于Nelder-Mead单纯形法和拟牛顿法的联合补偿成像算法。该算法首先采用Nelder-Mead单纯形法对目标运动参数进行优化迭代搜索,将得到的优化解作为运动补偿项对三类误差进行全局补偿,然后利用拟牛顿法补偿残余误差。仿真实验结果表明,与传统分离补偿算法相比,本文算法可以精确估计目标的运动参数,获得聚焦良好的高分辨率ISAL二维图像。
成像系统 高分辨率成像 Nelder-Mead单纯形法 逆合成孔径激光雷达 运动补偿
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 解放军电子工程学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
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。
激光遥感 逆合成孔径激光雷达 相位调制 多普勒频移 laser remote sensing ISAL phase modulation Doppler frequency shift 红外与激光工程
2017, 46(5): 0506003
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
滁州学院机械与电子工程学院, 安徽 滁州 239000
对鸟类目标进行高分辨成像是确保飞行安全的重要举措。 针对现有雷达分辨率过低问题,提出了 利用逆合成孔径激光雷达进行鸟类目标高分辨成像探测的构想。给出了逆合成孔径激光雷达实现鸟类成 像的原理框图,以此为基础,提出了一种基于压缩感知的稀疏合成方法,该方法能以较少的有效数据 获得准确的高分辨方位像。仿真结果证明了方法的有效性。
激光技术 二维高分辨像 压缩感知 鸟类目标 逆合成孔径激光雷达 laser techniques two dimension high-resolution imaging compressed sensing avian target inverse synthetic aperture imaging lidar
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
