[发明专利]合成孔径激光成像雷达两维卷积成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种合成孔径激光成像雷达两维卷积成像方法，用于对合成孔径激光成像雷达接收系统接收到的目标回波信号进行成像处理。

背景技术

合成孔径激光成像雷达(SAIL)的原理取之于微波波段的合成孔径雷达（SAR）原理，是国外报道的能够在远距离获得厘米量级分辨率的唯一的光学成像观察手段。传统的侧视SAIL的发射激光采用光频线性调制即啁啾调制，光电外差接收采用去斜解调方式即采用同样的啁啾发射激光作为外差本机振荡器光束，因此得到了在距离向包含距离信息和在方位向包含相位历程信息的回波差频信号。2002年以来，侧视SAIL在实验室先后得到了验证【参见文献1：M.Bashkansky,R.L.Lucke,E.Funk,L.J.Rickard,and J.Reintjes，“Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain,”Optic Letters,Vol.27,pp1983-1985(2002),；文献2：W.Buell,N.Marechal,J.Buck,R.Dickinson,D.Kozlowski,T.Wright,and S.Beck，“Demonstrations of Synthetic Aperture Imaging Ladar，”Proc.of SPIE Vol.5791pp152-166(2005)，；文献3：周煜，许楠，栾竹，闫爱民，王利娟，孙建锋，刘立人，尺度缩小合成孔径激光雷达的二维成像实验，光学学报，Vol.31(9)(2011)，；文献4：刘立人，周煜，职亚楠，孙建锋，大口径合成孔径激光成像雷达演示样机及其实验室验证，光学学报，Vol.29(7):2030～2032(2011)】，2006年在美国国防先进计划局支持下的雷声公司和诺格公司分别实现了机载合成孔径激光雷达实验（无任何细节报道）【参见文献5：J.Ricklin,M.Dierking,S.Fuhrer,B.Schumm,and D.Tomlison,“Synthetic aperture ladar for tactical imaging,”DARPA Strategic Technology Office.】。2011年，洛马公司对1.6公里处的地面目标实现了机载合成孔径激光成像雷达成像实验【参见文献6：Brian W.Krause,Joe Buck,Chris Ryan,David Hwang,Piotr Kondratko,Andrew Malm,Andy Gleason“Synthetic Aperture Ladar Flight Demonstration，”】。直视SAIL发射采用两个正交偏振同轴且相对扫描的空间抛物波差的光束，接收采用自差及相位复数化探测【参见文献7：刘立人，直视合成孔径激光成像雷达原理，光学学报，Vol.32(9):0928002(2012)】。侧视SAIL与直视SAIL具有相同的回波信号形式，即目标面上每个点的回波信号距离向相位为与距离向快时间有关的线性项相位，方位向相位为与方位向慢时间有关的二次项相位，因此可以采用相同的成像处理过程进行成像处理。

在上述所有相关报道中【参见文献1、2、3、4、5、6，7】，回波信号的成像处理方式都是分两步进行的，即将光电接收和数字化、复数化之后的回波信号首先在距离向进行快速傅里叶变换实现目标距离向聚焦，然后将距离向聚焦后的信号在方位向采用空间的二次项匹配滤波实现目标的方位向聚焦，进而实现对合成孔径激光成像雷达探测目标的聚焦成像。上述两步在时间上有先后顺序，不能同时进行，因此，对SAIL目标回波信号的处理时间较长，然而，随着合成孔径激光成像雷达探测目标的增大，即目标回波数据的增多，以及对目标实时成像处理的要求，必然对传统合成孔径激光成像雷达两步聚焦成像处理的数据处理系统提出了严峻的挑战。在先技术【文献8：孙志伟，职亚楠，刘立人，侯培培，孙建锋，周煜，合成孔径激光成像雷达交叉聚焦成像方法，发明专利，申请号：201310017515.8；文献9：刘立人，合成孔径激光成像雷达的二维傅里叶变换成像算法，光学学报，Vol.34(1):0128001(2014)】提出对SAIL回波信号首先进行方位向二次项相位补偿然后进行两维快速傅里叶变换得到成像结果，然而，由于SAIL回波数据矩阵较大，因此进行两维快速傅里叶变换对计算机性能有较高要求，另外两维傅里叶变换得到频域成像结果，需要进行两维频域-空域坐标转换才能转换为实际空域坐标并对成像结果进行显示，过程较复杂。

发明内容