基于光纤相控阵的激光扫描三维高分辨成像方法研究

【摘要】：激光相控阵雷达利用光学材料的电光特性,形成光学相控阵可实现光束无机械扫描,具有扫描灵活、指向精准、可自动编程控制等特点。光纤相控阵相干合成光束功率高、质量好,在目标远距离激光三维探测成像具有广阔应用前景。光纤相控阵扫描三维成像质量受限于发射端光纤阵列参数和阵列规模,且三维成像精度与目标测距方法和光束调制带宽密切相关。本文基于光纤相控阵激光扫描体制,开展低像素探测器下的三维成像算法研究,利用软件算法提高系统三维探测成像分辨率。本文利用光纤相控阵的远场光场传输理论和铌酸锂相位调控下的光纤相控阵光束扫描物理模型,模拟分析光纤相控阵光场分布和扫描特性。现有光纤阵列系统相位优化补偿后的合成光束质量接近理论极限,根据相干合成阵列光束强度分布及光束角宽度参量,分析扫描系统的空间分辨率。阵列8×8子光束分块扫描,形成64× 64空间指向波束采集目标三维信息。针对调频连续波测距方法和8×8低像素探测阵列构成的三维成像系统,利用图像退化模型,开展阵列光束扫描三维成像仿真研究,分析强度与距离维度下系统探测图像的分辨率。本文提出基于光纤相控阵的激光扫描三维高分辨成像算法,改进调频连续波多目标测距过程中差频信号的处理方法,根据α(信号频域次峰值与主峰值比值)判定值解调出目标更多距离信息。在重构结果与图像插值结果均方误差最小的约束条件下,利用低分辨距离图像中的拓扑结构先验信息排布算法重构出的距离信息。目标重建结果的细节信息更贴近目标距离原图,成像算法重构图像像素数为128×128,图像评价指标显著提高。最后深入研究维纳滤波常数γ对高分辨三维成像算法重构质量的影响,结果表明,当γ=0.02时目标算法重构结果评价指标最好。