[发明专利]菲涅耳望远镜成像激光雷达运动目标成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及菲涅耳望远镜成像激光雷达，特别是一种利用菲涅耳望远镜成像激光雷达对运动目标成像的方法。

在菲涅耳望远镜成像激光雷达成像系统中，存在空间域采样信号非均匀分布的问题，影响目标的重建。本发明利用快速反射镜(FSM)控制激光束对运动目标进行快速的一维周期扫描，并利用立方卷积插值实现非均匀分布空间域采样信号到均匀分布重采样信号的转换，最后利用相位型空间光调制器重建目标，实现了菲涅耳望远镜成像激光雷达对运动目标的成像，扩展了菲涅耳望远镜成像激光雷达的应用范围。

背景技术

在目标探测和目标识别领域，获得高分辨率图像是一项持续的工作。在军事应用特别是预警探测、战略防御和侦察监视等方面具有战略性发展地位。菲涅耳望远镜成像激光雷达是一种新型的成像激光雷达技术，能够实现目标超光学分辨率极限的二维成像。

菲涅耳望远镜成像激光雷达基于对目标进行同轴同心相位二次项偏振正交双光束扫描的光电数据收集以及光学和数字计算空间复相位解调的图像重构(参见在先技术[1]：刘立人，菲涅耳望远镜成像激光雷达，公开号：CN1019800049A)。

菲涅耳望远镜成像激光雷达的工作原理如图1所示，从激光器1开始依次是发射偏振分束器2，左通道空间相位调制器3，右通道空间相位调制器4，发射偏振合束器5，激光放大器6，发射望远镜7，光束扫描器8，目标9，接收望远镜10，接收偏振分束器11，2×490°空间光学桥接器12，上路平衡接收机13和上路放大及码数转换器14，下路平衡接收机15和下路放大及码数转换器16，复数化器17，时间空间坐标转换器18，重采样插值空间坐标变换器19，匹配滤波器20到输出图像21，此外还有控制计算机22。

在对运动目标成像时，由于目标和扫描光束的相对运动，所接收的时间域采样信号经过时间-空间变换后，获得的空间域采样信号呈现二维周期折线式的非均匀分布，影响了目标的重建。在先技术仅提出利用重采样插值空间坐标变换器19对采样信号进行处理，但并未给出具体的实施方法。

重采样插值是一种重要的数值计算方法，通过重采样点一定邻域范围内采样点数值计算获得重采样点的数值。重采样插值广泛应用于雷达成像、医学成像等领域，插值的精度对成像质量有重要的影响。在菲涅耳望远镜成像激光雷达中，需要处理的空间域采样信号呈周期折线式非均匀分布，采样信号的函数值为二维菲涅耳波带片形式的复数二次项，与现有的激光雷达(参见在先技术[2]：Carrara，W.G.，Goodman，R.S.，Majewski，R.M.，Spotlight Synthetic Aperture Radar：Signal Processing Algorithms[M].Artech House(Boston)，1995)和医学成像(参见在先技术[3]：许为华，尹学松，医学图像插值算法的研究[J]计算机仿真，2006，23(1)：111～114)等工作中采样信号的分布和函数值形式均不同。因此必须选择适合于菲涅耳望远镜成像激光雷达采样信号特点的插值方法，并证明其有效性。

在先技术对于此问题并未给出具体解决方法。针对这一情况，我们提出包含重采样插值步骤的菲涅耳望远镜成像激光雷达运动目标成像方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述在先技术的不足，提供一种菲涅耳望远镜成像激光雷达运动目标成像方法，以能够克服菲涅耳望远镜成像激光雷达空间域采样信号非均匀分布的问题，该方法原理可靠，易于实现。

本发明的具体技术解决方案如下：

一种菲涅耳望远镜成像激光雷达对运动目标成像的方法，其特点在于包括下列步骤：

①菲涅耳望远镜成像激光雷达一维扫描工作模式信号发射和接收：

菲涅耳望远镜成像激光雷达发射系统将偏振正交的同轴同心光束投向目标。快速反射镜FSM控制光束做高速一维周期扫描，当运动目标经过扫描光束时，接收望远镜对回波进行光学接收。菲涅耳望远镜成像激光雷达接收系统得到采样信号i_i，AB为：

其中y_w(t)为光束的线性周期扫描函数；v为目标运动速度，θ为目标运动方向与光束扫描方向的夹角；t₂为目标面时间，Δt₂是时间采样周期；是发射系统两路光的相位延迟差；R_equ是等效曲率半径；S为光斑的振幅函数(参见在先技术[1]：刘立人，菲涅耳望远镜成像激光雷达成像激光雷达，公开号：CN1019800049A)。