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合成孔径成像激光雷达实验与算法研究

郭亮  
【摘要】: 合成孔径技术源于微波成像,利用雷达平台和目标之间的相对运动实现虚拟孔径的合成,提高空间分辨率的一种方法。合成孔径技术的理论极限分辨率受到波长的限制,但是研究学者对于分辨率的追求是永无止境的。激光相对于普通光源有方向性好,单色性和频率稳定性好,高的空间和时间相干性等优势;相对于微波而言,激光有较短的波长,可以带来较高的分辨率。所以,合成孔径成像激光雷达作为合成孔径技术与激光技术的结合体,将会给人们带来惊人的空间分辨率。合成孔径成像激光雷达作为一个崭新的研究领域,拥有很多的技术难点,如系统设计,成像算法等。 本文围绕合成孔径成像激光雷达关键技术问题展开工作,内容涉及合成孔径成像激光雷达关键技术分析、距离向研究、逆合成孔径成像激光雷达室内实验系统设计和处理方法、合成孔径成像激光雷达各种工作模式的成像算法、合成孔径成像激光雷达大气影响分析和可行的室外合成孔径成像激光雷达成像系统设计,通过计算机仿真和实测实验数据对文中所提相关理论和系统进行了验证。本文的具体内容安排如下: 1.第一章为绪论,简要回顾合成孔径技术的发展和现状,并对合成孔径成像激光雷达的发展和研究现状进行了简要介绍,介绍了本文的研究工作。 2.第二章对合成孔径成像激光雷达基本理论进行概述,并较为详细分析了合成孔径成像激光雷达的关键技术。 3.第三章对合成孔径成像激光雷达系统的频率非线性问题和激光信号的接收问题进行了研究,给出了一种时域校正频率非线性的相位补偿方法,可以良好的实现距离压缩,为合成孔径成像激光雷达系统进行二维成像奠定了基础。 4.第四章设计出了一套适合合成孔径成像激光雷达室内实现的系统,该系统利用收发分置有效的解决了端面反射对于系统信号接收的影响,并且通过实测数据证实了该系统的有效性,得到了我国第一幅合成孔径成像激光雷达系统的图片。 5.第五章从合成孔径成像激光雷达系统回波信号模型出发,对各种工作模式下的成像算法进行了研究,分别给出了适合合成孔径成像激光雷达系统的条带式和聚束式两种工作模式的成像算法,最后通过计算机仿真说明了算法的有效性。在此基础之上,针对合成孔径成像激光雷达系统的特点,研究了大气对合成孔径成像激光雷达系统的影响。通过计算机仿真得到,大气对合成孔径成像激光雷达系统的主要影响就是对方位分辨率的影响。这一结论对以后的合成孔径成像激光雷达系统设计有帮助作用。 6.第六章针对合成孔径成像激光雷达受到激光源的制约(即激光调制技术获得大带宽线性调频信号与脉冲重复频率的矛盾)进行了分析,从而设计出一种低脉冲重复频率的合成孔径成像激光雷达成像系统,并分析了由于平台连续运动而引入的多普勒频移影响,并给出了补偿方法,最后给出了适合该系统相应的数据处理方法,通过仿真说明了该系统的可行性。 7.第七章对全文工作进行了总结,并对下一步的研究工作提出了建议。


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