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大随机相位误差下条带模式合成孔径激光雷达成像实验

李明磊 吴谨 白涛 万磊 李丹阳

李明磊, 吴谨, 白涛, 万磊, 李丹阳. 大随机相位误差下条带模式合成孔径激光雷达成像实验[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(1): 130-137. doi: 10.3788/CO.20191201.0130
引用本文: 李明磊, 吴谨, 白涛, 万磊, 李丹阳. 大随机相位误差下条带模式合成孔径激光雷达成像实验[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(1): 130-137. doi: 10.3788/CO.20191201.0130
LI Ming-lei, WU Jin, BAI Tao, WAN Lei, LI Dan-yang. Stripmap mode synthetic aperture ladar imaging under large random phase errors condition[J]. Chinese Optics, 2019, 12(1): 130-137. doi: 10.3788/CO.20191201.0130
Citation: LI Ming-lei, WU Jin, BAI Tao, WAN Lei, LI Dan-yang. Stripmap mode synthetic aperture ladar imaging under large random phase errors condition[J]. Chinese Optics, 2019, 12(1): 130-137. doi: 10.3788/CO.20191201.0130

大随机相位误差下条带模式合成孔径激光雷达成像实验

doi: 10.3788/CO.20191201.0130
详细信息
    作者简介:

    李明磊(1991-), 男, 山东滨州人, 硕士研究生, 现为中国科学院电子学研究所硕士研究生, 主要从事激光雷达技术与系统方面的研究。E-mail:liminglei2011@163.com

    吴谨(1965—),男,湖南绥宁人,博士,研究员,2001年于中国科学院电子学研究所获得博士学位,主要从事激光雷达技术与系统、脉冲气体激光器方面的研究。E-mail:jwu@mail.ie.ac.cn

  • 中图分类号: TN958.98

Stripmap mode synthetic aperture ladar imaging under large random phase errors condition

More Information
  • 摘要: 为了探索大随机相位误差条件下合成孔径雷达(SAL)成像特点和规律,本文采用波长为1 550 nm的线性调频激光器建立了能够产生大的共模随机相位误差的条带模式SAL成像实验装置。利用此装置获得了不同目标回波强度下条带模式SAL成像实验数据,结合条带模式相位梯度自聚焦(PGA)多次迭代处理,获得了高分辨率SAL图像。实验发现在[-6.45π,6.45π]范围的大随机相位误差下,通过简单的距离压缩和方位匹配滤波,无法实现SAL图像聚焦,图像信噪比仅为3 dB。进一步采用PGA处理,就能很好地校正相位误差,得到聚焦良好的SAL图像,图像信噪比达到43 dB。实验还发现,当存在大共模随机相位误差时,PGA处理展现出非常强的鲁棒性,在回波弱到10-15 W的情况下依然有效。在大相位误差存在的SAL系统(如机载SAL)中,PGA处理能有效消除相位误差,实现图像聚焦;另外,增大探测激光功率以提高成像数据信噪比,将有助于提升PGA处理效果。

     

  • 图 1  条带模式机载SAL几何关系

    Figure 1.  Geometric relations of an stripmap mode airborne SAL

    图 2  条带模式侧视SAL系统坐标关系图

    Figure 2.  Coordinate relationship diagram of a stripmap mode SAL

    图 3  条带模式SAL实验装置示意图

    Figure 3.  Schematic of the stripmap mode SAL setup

    图 4  条带模式PGA算法流程图

    Figure 4.  Flow chart of PGA algorithm for strip mode

    图 5  随机相位误差

    Figure 5.  Random phase errors

    图 6  P=36 mW时SAL成像结果

    Figure 6.  SAL imaging results under 36 mW

    图 7  P=100 nW时SAL成像结果

    Figure 7.  SAL imaging results when P=100 nW

    图 8  P=30 nW时SAL成像结果

    Figure 8.  SAL imaging results when P=30 nW

    表  1  SAL实验参数

    Table  1.   Parameters of SAL experiment

    Parameters Values
    Carrier wavelength(λ0) 1 550 nm
    Wavelength scanning speed 100 nm/s
    Transmitting beam divergence angle 3.0 mrad
    Target distance(I0) 1.85 m
    Pulse length(τpul) 100 ms
    Side-looking angle(ϕ) 45°
    Random error(ΔL0) [-2.5 μm, 2.5 μm]
    Imaging mode stripmap
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  • [1] BASHKANSKY M, LUCKE R L, FUNK E, et al.. Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain[J]. Optics Letters, 2002, 27(22):1983-1985. doi: 10.1364/OL.27.001983
    [2] BECK S M, BUCK J R, BUELL W F, et al.. Synthetic-aperture imaging laser radar:laboratory demonstration and signal processing[J]. Applied Optics, 2005, 44(35):7621-7629. doi: 10.1364/AO.44.007621
    [3] KRAUSE B W, BUCK J, RYAN C, et al.. Synthetic aperture ladar flight demonstration[C]. Proceedings of Conference on Lasers and Electro-Optics, Baltimore, U.S.America: CLEO, 2011.
    [4] CROUCH S, BARBER Z W. Laboratory demonstrations of interferometric and spotlight synthetic aperture ladar techniques[J]. Optics Express, 2012, 20(22):24237-24246. doi: 10.1364/OE.20.024237
    [5] ZHAO ZH L, WU J, SU Y Y, et al.. Three-dimensional imaging interferometric synthetic aperture ladar[J]. Chinese Optics Letters, 2014, 12(9):091101. doi: 10.3788/COL
    [6] 吴谨, 赵志龙, 吴曙东, 等.12.9 m高分辨率合成孔径激光雷达成像[J].光学学报, 2015, 35(12):1228002.

    WU J, ZHAO ZH L, WU SH D, et al.. High resolution synthetic aperture ladar imaging at 12.9 m distance[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(12):1228002.(in Chinese)
    [7] TRAHAN R, NEMATI B, ZHOU H, et al.. Low-CNR inverse synthetic aperture LADAR imaging demonstration with atmospheric turbulence[J]. SPIE, 2016, 9846:98460E.
    [8] TURBIDE S, MARCHESE L, BERGERON A, et al.. Synthetic aperture ladar based on a MOPAW laser[J]. SPIE, 2016, 10005:1000502.
    [9] LI G Z, WANG N, WANG R, et al.. Imaging method for airborne SAL data[J]. Electronics Letters, 2017, 53(5):351-352. doi: 10.1049/el.2016.4205
    [10] 卢智勇, 周煜, 孙建锋, 等.机载直视合成孔径激光成像雷达外场及飞行实验[J].中国激光, 2017, 44(1):0110001. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QKC20172017030600036096

    LU ZH Y, ZHOU Y, SUN J F, et al.. Airborne down-looking synthetic aperture imaging ladar field experiment and its flight testing[J]. Chinese Journal of Lasers, 2017, 44(1):0110001.(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QKC20172017030600036096
    [11] 张珂殊, 潘洁, 王然, 等.大幅宽激光合成孔径雷达成像技术研究[J].雷达学报, 2017, 6(1):1-10. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ldxb201701001

    ZHANG K SH, PAN J, WANG R, et al.. Study of wide swath synthetic aperture ladar imaging techology[J]. Journal of Radars, 2017, 6(1):1-10.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ldxb201701001
    [12] 赵志龙, 吴谨, 王海涛, 等.微弱回波条件下差分合成孔径激光雷达成像实验演示[J].光学精密工程, 2018, 26(2):276-283. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201802004

    ZHAO ZH L, WU J, WANG H T, et al.. Experimental demonstration of differential synthetic aperture ladar imaging at very low return level[J]. Opt. Precision Eng., 2018, 26(2):276-283.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201802004
    [13] 周峰.机载SAR运动补偿和窄带干扰抑制及其单通道GMTI的研究[D].西安: 西安电子科技大学, 2007.

    ZHOU F. Study of motion compensation, narrow band interference suppression and single channel GMTI of airborne SAR[D]. Xi'an: Xidian University, 2007.(in Chinese)
    [14] 徐显文, 洪光烈, 凌元, 等.合成孔径激光雷达振动相位误差的模拟探测[J].光学学报, 2011, 31(5):112-118. http://www.opticsjournal.net/Abstract.htm?id=OJ110428000120mSoVrX

    XU X W, HONG G L, LING Y, et al.. Simulative detection of vibration phase error of synthetic aperture lidar[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(5):112-118.(in Chinese) http://www.opticsjournal.net/Abstract.htm?id=OJ110428000120mSoVrX
    [15] 吴谨.合成孔径激光雷达成像之匹配滤波器[J].光学学报, 2010, 30(7):2123-2129. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK201001438233

    WU J. Matched filter in synthetic aperture ladar imaging[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(7):2123-2129.(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK201001438233
    [16] LUCKE R L. Synthetic aperture ladar simulations with phase screens and Fourier propagation[C]. Proceedings of 2004 IEEE Aerospace Conference, Montana, U.S.America, 2004: 1788-1798.
    [17] WU J, LI F F, ZHAO ZH L, et al.. Demonstration of stripmap mode synthetic aperture ladar with PGA-independent high resolution images[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(11):3559-3564.
    [18] 孟大地, 丁赤飚.一种用于条带式SAR的自聚焦算法[J].电子与信息学报, 2005, 27(9):1349-1352. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzkxxk200509002

    MENG D D, DING CH B. A new approach to autofocus considering strip map SAR[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2005, 27(9):1349-1352.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzkxxk200509002
    [19] STAPPAERTS E A, SCHARLEMANN E T. Differential synthetic aperture ladar[J]. Optics Letters, 2005, 30(18):2385-2387. doi: 10.1364/OL.30.002385
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-25
  • 修回日期:  2018-04-26
  • 刊出日期:  2019-02-01

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