正交基线InISAL的运动目标成像方法及系统技术方案

本公开提供了一种正交基线InISAL的运动目标成像方法，包括以下步骤：InISAL发射连续无周期相位编码信号或秒级宽脉冲无周期相位编码信号；采用本振数字延时的方法保持InISAL信号的相干性；步骤S3，当InISAL系统为针对近距离运动目标时，采用内视场多光纤准直器/探测器形成正交基线；当InISAL系统为针对远距离运动目标时，采用3个望远镜形成正交长基线，且在内视场设置多光纤准直器/探测器，对目标振动和姿态变化引入的相位误差估计与补偿，同时对大气相位误差进行校正；通过各望远镜/探测器形成的正交基线，采用干涉处理，获得目标的三维成像结果。该方法有效解决了InISAL系统设计中的诸多问题。

Moving target imaging method and system based on orthogonal baseline InISAL

The present disclosure provides a moving target imaging method of an orthogonal baseline InISAL, which includes the following steps: InISAL launches a continuous periodic phase coded signal or a second stage wide pulse acyclic phase coded signal, and uses a local oscillator digital delay to maintain the coherence of the InISAL signal; step S3, when the InISAL system is for close range off transport. When the target is moving, the multi fiber collimator / detector is used to form the orthogonal baseline. When the InISAL system is aimed at the long distance moving target, 3 telescopes are used to form a long orthogonal baseline, and the multi fiber collimator / detector is set in the interior field. The phase error estimation and compensation for the object vibration and attitude changes are estimated and compensated. The atmospheric phase error is corrected, and the 3D imaging results are obtained by interferometric processing through the orthogonal baseline formed by each telescope / detector. This method effectively solves many problems in the design of InISAL system.

【技术实现步骤摘要】
正交基线InISAL的运动目标成像方法及系统
本公开属于逆合成孔径激光雷达(InverseSyntheticApertureLadar，ISAL)系统设计与信号处理领域，特别是正交基线干涉逆合成孔径激光雷达(InterferometryInverseSyntheticApertureLadar，InISAL)系统设计与信号处理领域。
技术介绍
与合成孔径微波成像雷达技术的发展情况类似，合成孔径激光雷达(SyntheticApertureLadar，SAL)成像的研究工作也是从地基激光雷达对运动目标的逆合成孔径ISAL成像开始的。地基ISAL成像最为典型的应用是对远距离运动目标成像。自1964年第一台CO2激光器问世以来，CO2激光技术发展迅速，促进了相干接收体制的CO2激光雷达的起步和发展，比较有代表性的是Firepond光学装置(GschwendtnerAB，KeicherWE.Developmentofcoherentlaserradaratlincolnlaboratory[J].LincolnLaboratoryJournal，2000，12(2)：383-394.)。1981年，高功率激光雷达放大器系统成功安装在Firepond光学装置上，林肯实验室利用上述激光雷达对翻滚运动的空间目标(AgenaD火箭推进器)在距离-多普勒域实现成像。1990年，林肯实验室利用宽带激光雷达采集到了在轨卫星(LAGEOS)的第一幅距离-多普勒图像，宽带信号为带宽150MHz和1GHz的线性调频信号。Firepond激光雷达系统的主要技术参数为：采用倍频的ND：YAG激光器，输出激光波长为532nm，脉冲重复频率为30Hz，峰值功率为10MW，窄视场为0.1mrad，口径为1.2m。使用高灵敏度光电倍增管(PMT)，能够探测极微弱(接近单光子)的激光回波。2013年，美国国防部与Raytheon公司签订合同，宣布由其研制“远距离成像激光雷达”(LongRangeImagingLADAR，LRIL)，用于对地球同步轨道目标进行ISAL成像，该项目预计于2018年完成。在机载激光合成孔径成像实验方面，美国雷声公司于2006年2月报道了机载合成孔径激光雷达实验结果，该样机采用了1.5μm成熟的激光光源和光纤器件。2006年4月美国诺斯罗普·格鲁门公司采用最新研发的CO2激光器，在美国国防部先进研究项目局(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA)的资助下，成功演示了机载合成孔径激光雷达成像实验(DierkingM，SchummB，RicklinJC，etal.SyntheticapertureLADARfortacticalimagingoverview[C].The14thCoherentLaserRadarConference(CLRC)，Snowmass，Colorado，USA，July8-13，2007)。上述机载实验验证了该技术在空间远程探测和高分辨率成像应用中的巨大潜力。在美国军方的继续资助下，该技术正朝实用化方向进展。2011年美国洛克希德-马丁公司独立完成了机载合成孔径激光雷达演示样机的飞行试验(KrauseBW，BuckJ，RyanC，etal.Syntheticapertureladarflightdemonstration[C].OpticalSocietyofAmerica/ConferenceonLasersandElectro-optics(OSA/CLEO)，2011)，对距离1.6km的地面目标(观测目标为洛马公司徽标)获得了幅宽1m，分辨率优于3.3cm的成像结果。随着激光合成孔径成像技术的快速发展，将干涉处理的概念引入到激光合成孔径成像中成为新的研究热点。2012年，美国Montana州立大学报道了室内激光干涉合成孔径成像实验结果。该实验在1.37m的距离上对一枚印有林肯头像的涂白硬币(涂白以使硬币各处散射特性均匀)进行了单航过和重航过激光合成孔径干涉成像，获得了分辨率在毫米级，高程精度在10微米级的成像结果。实验表明相对于二维光学图像，通过干涉处理可以获得关于目标更多的有益信息。我国的很多大学和科研机构都展开了激光合成孔径成像技术的研究工作，已取得了一定的研究进展，但目前的工作主要是在室内和近距离条件下完成的。西安电子科技大学在2009年首次搭建了逆合成孔径激光成像雷达原理性的室内成像系统(郭亮，邢孟道，张龙，等.室内距离向合成孔径激光雷达成像的实验研究[J].中国科学E辑：技术科学，2009，39(10)：1678-1684.)，并在20cm距离上获得桌面目标的逆合成孔径激光雷达二维图像。中科院上海光机所在2011年完成了实验室近距离合成孔径激光成像演示验证实验，其采用距离向傅里叶变换和方位向匹配滤波的方法，给出了在14m距离上的二维成像结果，方位分辨率优于1.4mm，距离分辨率优于1.2mm。2014年，上海光机所完成了距离1.2km的直视SAL室外成像演示实验，其成像结果的方位分辨率为6.8cm，距离分辨率为5.5cm(LuanZ，SunJ，ZhouY，etal.Down-lookingsyntheticapertureimagingladardemonstratoranditsexperimentsover1.2kmoutdoor[J].ChineseOpticsLetters，2014，12(11)：111101.)。2011年底，中科院电子所在室内也完成了距离约2.4m的合成孔径激光成像实验，其观测目标为电子所徽标(吴谨.关于合成孔径激光雷达成像研究[J].雷达学报，2012，1(4)：353-360.[WuJin.Onthedevelopmentofsyntheticapertureladarimaging[J].JournalofRadars，2012，1(4)：353-360.])，成像分辨率在毫米级。与此同时，中科院上海技物所等单位也积极开展了合成孔径激光成像技术的相关研究工作。在系统研究的基础上，国外也开展了关于合成孔径激光成像方式、信号产生和振动抑制技术方面的相关研究工作(BarberZW，DahlJR.ExperimentalDemonstrationofDifferentialSyntheticApertureLadar[C].CLEO：ScienceandInnovations.OpticalSocietyofAmerica，2015：STh3O.3.)。从2013年开始，中科院电子所系统地开展了机载SAL的研究工作(李道京，张清娟，刘波，等.机载合成孔径激光雷达关键技术和实现方案分析[J].雷达学报，2013，2(2)：143-151.)。2016年，中科院电子所和中科院上海光机所均开展了合成孔径激光雷达的飞行试验，获得了高分辨率成像结果，推动了国内SAL的技术发展。关于合成孔径激光雷达的天基应用问题，有文献进行了初步讨论(李道京，杜剑波，马萌，等.天基合成孔径激光雷达系统分析[J].红外与激光工程，2016，(11)：269-276.)。目前，关于中低轨道空间目标cm级成像分辨率和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正交基线InISAL的运动目标成像方法，包括以下步骤：步骤S1，InISAL发射连续无周期相位编码信号或秒级宽脉冲无周期相位编码信号；步骤S2，采用本振数字延时的方法保持InISAL信号的相干性；步骤S3，当InISAL系统为针对近距离运动目标时，采用内视场多光纤准直器/探测器形成正交基线；当InISAL系统为针对远距离运动目标时，采用3个望远镜形成正交长基线，且在内视场设置多光纤准直器/探测器，对目标振动和姿态变化引入的相位误差估计与补偿，同时对大气相位误差进行校正；步骤S4，通过各望远镜/探测器形成的正交基线，采用干涉处理，获得目标的三维成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种正交基线InISAL的运动目标成像方法，包括以下步骤：步骤S1，InISAL发射连续无周期相位编码信号或秒级宽脉冲无周期相位编码信号；步骤S2，采用本振数字延时的方法保持InISAL信号的相干性；步骤S3，当InISAL系统为针对近距离运动目标时，采用内视场多光纤准直器/探测器形成正交基线；当InISAL系统为针对远距离运动目标时，采用3个望远镜形成正交长基线，且在内视场设置多光纤准直器/探测器，对目标振动和姿态变化引入的相位误差估计与补偿，同时对大气相位误差进行校正；步骤S4，通过各望远镜/探测器形成的正交基线，采用干涉处理，获得目标的三维成像结果。2.根据权利要求1所述的运动目标成像方法，当InISAL系统为针对近距离运动目标时，所述步骤S3中包括：采用内视场多光纤准直器/探测器形成十字/L型结构的正交基线；通过内视场顺轨放置的多光纤准直器/探测器提高等效脉冲重复频率；基于内视场正交基线干涉处理，对目标振动和姿态变化产生的相位误差进行估计与补偿。3.根据权利要求2所述的运动目标成像方法，其中，所述顺轨的光纤准直器/探测器等间隔均匀放置，光纤准直器/探测器的个数等于可提高的等效脉冲重复频率的倍数。4.根据权利要求1所述的运动目标成像方法，当InISAL系统为针对远距离运动目标时，所述步骤S3中对大气相位误差进行校正包括：设置带有钠激光导引星的自适应光学子系统，并基于自适应光学子系统对大气时变相位误差进行校正；同时基于钠激光导引星和内视场多光纤准直器/探测器信号处理，对大气时变相位误差进行估计与补偿；基于内视场多光纤准直器/探测器信号求和处理，对大气空变相位误差导致的散焦的回波光斑能量进行接收；结合3个望远镜形成的正交长基线干涉处理和内视场多光纤准直器/探测器正交基线干涉处理，对目标振动和姿态变化产生的相位误差进行估计与补偿。5.根据权利要求1所述的运动目标成像方法，所述步骤S3中，当InISAL系统为针对远距离运动目标时，正交基线干涉处理估计相位误差的信噪比为10dB以上，在单脉冲信噪高的情况下，直接采用单脉冲干涉处理；在单脉冲信噪低的情况下，采用时域子孔径成像后再干涉处理。6.根据权利要求1所述的运动目标成像方法，所述步骤S4中，在目标不存在自转的情况下，目标到各接收望远镜和多光纤准直器/探测器的斜距历程在观测中心时刻泰勒展开为：其中，i＝1，2，3表征接收望远镜/探测器的序号；Ri为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道京，胡烜，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11