[發(fā)明專利]一種采用順軌干涉處理抑制平臺振動的機載SAL成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410037044.1
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103728621A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李道京;馬萌;杜劍波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/38
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合成孔徑激光雷達(Synthetic?Aperture?Ladar，SAL)成像領(lǐng)域，具體涉及振動條件下的機載SAL成像處理，特別是一種采用順軌干涉處理抑制平臺振動的成像方法。

背景技術(shù)

SAL是微波合成孔徑雷達(Synthetic?Aperture?Radar，SAR)技術(shù)在光學(xué)波段的類推，為激光雷達實現(xiàn)遠距離高分率成像提供了可能，具有良好的軍用和民用潛力。

機載SAL工作在光學(xué)波段，由于光學(xué)波長比微波小3、4個數(shù)量級，理論上機載SAL可以用比SAR更短的合成孔徑時間實現(xiàn)同樣高的圖像分辨率。但與之相對應(yīng)，平臺的微小振動都會引起信號相位的顯著變化，這給機載SAL成像處理帶來許多困難。

為抑制振動給成像帶來的影響，國內(nèi)外相關(guān)單位開展了廣泛的研究工作。中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所對平臺振動產(chǎn)生的影響進行了分析(參見洪光烈，郭亮.線振動對合成孔徑激光雷達成像的影響分析[J].光學(xué)學(xué)報，2012，32(4)：0428001-1-0428001-7.)，并采用模擬探測的方法對平臺振動進行估計，補償振動產(chǎn)生的相位誤差(參見徐顯文，洪光烈，凌元，等.合成孔徑激光雷達振動相位誤差的模擬探測[J].光學(xué)學(xué)報，2011，31(5)：0512001-1-0512001-7)，但其主要以桌面系統(tǒng)試驗為基礎(chǔ)，試驗使用的振動計難以在機載SAL中應(yīng)用。中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所利用激光的極化特性，采用自相關(guān)探測的方法對振動進行抑制(參見Liren?Liu.Coherent?and?Incoherent?Synthetic-aperture?Imaging?Ladars?and?Laboratory-space?Experimental?Demonstrations[J].Applied?Optics，2013，52(4)：579-599.)，但其系統(tǒng)工作模式為正下視，與機載SAL通常使用的側(cè)視工作模式有顯著差別。國外的相關(guān)研究工作主要集中在采用減震器與相位梯度自聚焦(Phase?Gradient?Autofocus，PGA)相結(jié)合的方法抑制振動對成像的影響。采用該方法，美國洛克希德馬丁公司于2011年進行機載SAL飛行試驗，對距離1.6km的地面目標(biāo)實現(xiàn)了分辨率優(yōu)于3.3cm的成像(參見Krause?B?W，Buck?J，Ryan?C，et?al..Synthetic?aperture?ladar?flight?demonstration[C].OSA／CLEO／IQEC，2011)。但該方法在信號處理過程中主要依賴PGA處理對振動進行抑制，在目標(biāo)場景缺少孤立強點或是殘余振動引起的相位誤差較大的情況下，難以達到良好的成像效果。

與此同時，隨著各種光纖器件的成熟，光纖在激光雷達中的應(yīng)用越來越多，特別是利用光纖陣列解決激光雷達探測中遇到的問題。2012年，美國一所大學(xué)使用光纖陣列進行了桌面SAL系統(tǒng)的單過航交軌干涉測高試驗，成功獲得了硬幣的高程圖(參見Stephen?Capdepon?Crouch，SYNTHETIC?APERTURE?LADAR?TECHNIQUES[D]，Thesis，Motana?State?University，2012.)，實驗結(jié)果表明了基于光纖陣列的多探測器干涉處理具有可行性，相關(guān)概念可用于多探測器機載SAL交軌和順軌干涉處理中，這為機載SAL系統(tǒng)抑制平臺振動提供了新思路。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題主要為：解決在受振動影響的條件下機載SAL獲得方位向高分辨率圖像的問題，這里的振動影響是指激光器使用減震平臺后，殘余平臺振動對機載SAL成像產(chǎn)生的影響。在目標(biāo)場景缺少孤立強點或殘余平臺振動引起的相位誤差較大的情況下，僅依賴PGA處理不能有效抑制平臺振動影響獲得良好的成像效果，為此，本發(fā)明的目的是提出一種采用順軌干涉處理抑制平臺振動的機載SAL成像方法。

(二)技術(shù)方案

為達成上述目的，本發(fā)明提供了一種采用順軌干涉處理抑制平臺振動的機載SAL成像方法，其包括步驟如下：

步驟S1：對順軌干涉機載合成孔徑激光雷達(Synthetic?Aperture?Ladar，SAL)各個探測器對應(yīng)的接收通道回波信號進行預(yù)處理，獲得等效的在不同時刻對同一場景進行觀測的回波信號，然后在慢時間域劃分子孔徑，并對子孔徑進行成像處理，獲得不同通道信號的子孔徑成像結(jié)果；

步驟S2：對不同通道信號的子孔徑成像結(jié)果進行干涉處理，提取干涉相位，采用順軌干涉測速技術(shù)估計平臺振動在各個子孔徑時間內(nèi)的瞬時速度；