[發(fā)明專利]基于本振數(shù)字延時(shí)的SAL信號(hào)相干性保持的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711213470.6
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN108020824B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李道京;胡烜;趙緒鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01S7/4865
• 分類號(hào): G01S7/4865;G01S7/487;G01S17/894;G01S17/90
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種基于本振數(shù)字延時(shí)的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，包括：

設(shè)置參考通道進(jìn)行本振信號(hào)自外差探測并提取本振信號(hào)的差分相位；

依據(jù)差分相位對本振信號(hào)瞬時(shí)頻率進(jìn)行估計(jì)；

對瞬時(shí)頻率積分處理獲取本振信號(hào)的相位估計(jì)結(jié)果；

將相位估計(jì)結(jié)果在數(shù)字域延時(shí)后對目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償；

其中，在進(jìn)行本振信號(hào)自外差探測時(shí)，對參考通道本振信號(hào)中的一路進(jìn)行移頻；

其中，在進(jìn)行本振信號(hào)自外差探測時(shí)，采用電子學(xué)系統(tǒng)的頻率源作為移頻器輸入的基準(zhǔn)頻率信號(hào)，并與AD時(shí)鐘的相位嚴(yán)格同步，實(shí)現(xiàn)電子學(xué)信號(hào)相位和激光信號(hào)相位的同步。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，在進(jìn)行本振信號(hào)自外差探測時(shí)，根據(jù)本振信號(hào)參數(shù)設(shè)置光纖延時(shí)長度在一預(yù)定區(qū)間內(nèi)，其滿足下式：

其中，R為光纖延時(shí)長度；C為光速；為本振信號(hào)中隨機(jī)相位噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差；φ₀為相位估計(jì)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差的上限；T_s為本振信號(hào)的時(shí)長；F_s為AD采樣率；A_F為本振信號(hào)中頻率正弦變化的幅度；δ_fr為本振信號(hào)中頻率隨機(jī)變化的標(biāo)準(zhǔn)差。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，在對瞬時(shí)頻率進(jìn)行積分處理時(shí)，積分間隔為AD采樣間隔。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，在將相位估計(jì)結(jié)果在數(shù)字域延時(shí)后對目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，延時(shí)長度應(yīng)接近目標(biāo)到雷達(dá)的距離。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，在將相位估計(jì)結(jié)果在數(shù)字域延時(shí)后對目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，延時(shí)長度依據(jù)目標(biāo)到雷達(dá)的距離在數(shù)字域進(jìn)行調(diào)整。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，所述設(shè)置參考通道進(jìn)行本振信號(hào)自外差探測的步驟包括：

將激光信號(hào)源(1)信號(hào)分為發(fā)射本振、接收本振和參考通道本振三部分；

所述參考通道的本振信號(hào)被分束器(2)分為兩路信號(hào)，一路信號(hào)通過延時(shí)光纖(3)，另一路信號(hào)通過移頻器(4)；

兩路信號(hào)通過耦合器(5)到光電探測器(6)上混頻，兩路光信號(hào)混頻并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換形成的電信號(hào)；

AD和信號(hào)記錄器(7)對所述電信號(hào)實(shí)施AD采樣及記錄，再送入信號(hào)處理器(8)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，所述激光信號(hào)源(1)的激光模型如下：

s(t)＝exp{j2πf_ct}·exp{jφ_sin(t)}·exp{jφ_f(t)}·exp{jφ_r(t)} (2)

其中，f_c為激光信號(hào)標(biāo)稱的中心頻率；為激光信號(hào)頻率正弦變化引入的相位；為激光信號(hào)頻率隨機(jī)變化引入的相位，f_r(t)～N(0，σ_fr²)為高斯分布的隨機(jī)頻率；φ_r(t)～N(0，σ_φr²)為高斯分布的隨機(jī)相位噪聲；A_F為信號(hào)頻率正弦變化的幅度，f_F為信號(hào)頻率正弦變化的頻率，σ_fr為隨機(jī)頻率的標(biāo)準(zhǔn)差，為隨機(jī)相位噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)相干性保持方法，所述信號(hào)處理器(8)用于執(zhí)行以下操作：

提取采樣得到的該電信號(hào)的相位中含有的本振信號(hào)相位差分信息：

其中，為本振信號(hào)的相位差分，T為延時(shí)光纖的時(shí)延，φ(t)為本振信號(hào)頻率不穩(wěn)引入的相位，φ_r(t)為本振信號(hào)的隨機(jī)相位噪聲，f_m為移頻器的基準(zhǔn)頻率；

在數(shù)字域消除中標(biāo)稱頻率引入的相位2πf_cT和移頻器(4)引入的相位2πf_mt，假定在延時(shí)光纖(3)的時(shí)延T內(nèi)，φ(t)對應(yīng)的信號(hào)瞬時(shí)頻率不變，其估計(jì)值為：

對瞬時(shí)頻率進(jìn)行積分處理，獲取本振信號(hào)的相位估計(jì)結(jié)果：

其中，F(xiàn)_s為AD采樣率，M＝F_s·T_s為采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，T_s為本振信號(hào)的時(shí)長；

將在數(shù)字域延時(shí)目標(biāo)與雷達(dá)距離對應(yīng)的時(shí)長，對目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償。