一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装置，该方法是在目标通道之外再设置一个参考通道，对参考通道外差接收信号相位差中的二次高阶项的频域变换结果进行修正，使得频域信号的指数二次项与目标通道频域信号中的指数二次项形成指数共轭对，再将修正后的参考通道频域信号与目标通道的频域信号作卷积运算，其中指数二次项相乘后为脉冲函数，从而克服了激光光源非线性啁啾的影响。本发明专利技术能克服激光光源的非线性啁啾相位误差，提高了合成孔径激光雷达成像的距离向分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合成孔径激光雷达，是合成孔径激光雷达成像中一种合成孔径激光 雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装置，通过将差频信号频谱进行匹配滤波的方法， 实现对光源非线性啁啾的影响进行补偿，在外差信号中抑制啁啾非线性的影响，提 高合成孔径激光雷达成像的距离向高分辨率。
技术介绍
合成孔径激光雷达是一种以激光光源为辐射源的高分辨率成像雷达，它通过小 口径光学天线的运动来合成大孔径以获取高分辨率图像。雷达系统的发射和接收装 置装载在同一个运动平台上，真实的取样孔径在每一个取样位置上发射脉冲并接收 从目标物体或区域反射回的回波，往返光学相移通过每个脉冲回波的外差探测测量 得到，对脉冲复振幅(振幅和相位)的往返变化进行测量并记录，然后，取样孔径 移动到下一个取样位置。把在各个位置上接收到的一系列回波信号存储起来，然后 运用合成孔径技术对存储的数据进行综合处理，可得到高分辨率的目标图像。合成孔径激光雷达的成像原理与传统的微波合成孔径雷达成像原理基本相同， 但是由于激光波长比微波波长短3 5个数量级，因此它的距离向分辨率可达毫米量 级，同时发射脉冲也很难达到高峰值功率。为保证接收脉冲同时具有高功率和足够 的分辨率，合成孔径激光雷达一般采用线性调频的啁啾信号，激光载频在脉冲时间 宽度内呈线性变化。光源啁啾产生的原因主要是由于激光器内动态电信号调制的影 响导致光源脉冲信号的相位产生动态变化，直接体现为光信号频率随时间的动态变 化，这种变化可以是线性的，也可以是非线性的。然而，实际的激光器并不能实现 完全的线性调频。首先，由于啁啾激光器一般为波长线性扫描型，并非直接对频率 进行线性扫描；其次，激光器在波长扫描时并不能保证做到完全的线性，在不同扫 描速率下和使用环境中波长的线性度会有所不同，其变化范围一般在百分之几到百分之几十之间，后者因素会引起比前者更大的频率非线性。在合成孔径激光雷达的 成像算法中，信号啁啾中如果存在较大的频率非线性项，会导致差频信号中产生相 位误差，进而导致距离向成像聚焦模糊，降低成像分辨率。因此，必须通过一定的算法对光源的非线性啁啾进行补偿，从而保证雷达的成像质量，实现图像的高分辨率。目前，针对光源非线性啁啾影响的克服主要分为匹配通道和非匹配通道两种方 案。2002年，在Naval Research Laboratory的匹配通道时域处理算法中，首次提出 了非线性啁啾的问题，其解决办法是通过建立长度与目标通道完全相同的参考通 道，由两通道外出电信号相乘实现相位相减，从而克服非线性啁啾在时间相位上的 累加对成像的影响。 2005年，美国航空航天公司提出了使用非匹配通道的处理算法克服啁啾非线性，首 次实现了真正意义上的二维合成孔径激光成像雷达的实验室验证，通过建立非匹配 通道补偿非线性啁啾，提高了距离向分辨率。上述两种方法的本质均是用长的本振通 道补偿回波通道的长度，并利用相干探测实现相位相减，啁啾非线性在极小的目标 通道延时差积累下产生的非线性相位可忽略，从而抑制啁啾非线性对距离向成像的 影响。Naval Research Laboratory的匹配通道方法仅限于已知目标距离的实验室环 境，且在实际作用的数百公里距离中不易实现，实用性较差。航空航天公司的非匹 配通道实验方案中的目标通道长度远小于参考通道长度，将参考通道差频信号进行 相位移相处理后再与目标通道的差频信号频谱进行匹配滤波，从而实现对光源非线 性啁啾的影响进行补偿。同匹配通道方案比较，非匹配通道方案设计灵活，更适用 于外场的实际应用，但在提取相位误差、相移计算以及非线性啁啾补偿时计算量较 大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装 置。该方法和装置的原理可靠，结构简单，易于实现，能克服激光光源的非线性啁 啾相位误差，提高了合成孔径激光雷达成像的距离向分辨率。本专利技术的技术解决方案如下一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法，实质是在目标通道之外再 设置一个参考通道，对参考通道外差接收信号相位差中的二次高阶项的频域变换结果进行修正，使得频域信号的指数二次项与目标通道频域信号中的指数二次项形成 指数共轭对，再将修正后的参考通道频域信号与目标通道的频域信号作巻积运算， 指数二次项相乘后为脉冲函数，从而克服了激光光源非线性啁啾的影响。一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波装置，其特点是该装置包括 本机振荡激光光源，经分光装置分出四路光信号参考发射信号、参考本振信 号、目标发射信号和目标本振信号；设有参考通道、参考本振通道和目标本振通道，而且满足；&=1^。，其中r^为参考本振通道的时间延迟，r^为目标本振通道的时间延迟，r,为参 考通道的时间延迟，rs为目标通道时间延迟^的残余时间延迟；目标通道处理装置由依次连接的目标信号外差接收装置和第三信号频谱变换模块构成；参考通道处理装置由依次连接的参考回波信号外差接收装置、解包络处理模块、 第一信号频谱变换模块、相移计算模块、反傅立叶变换模块、信号包络化处理模块 和第二信号频谱变换模块构成，所述的信号包络化处理模块的包络信号为与经第三信号频谱变换模块处理得到的目标信号频谱频率特性相反的信号；所述的第二信号频谱变换模块和所述的第三信号频谱变换模块的输出端同时连接巻积运算器的输入端；所述的参考发射信号经过参考通道的平面目标反射形成参考回波信号，该参考回波信号与所述的参考本振信号同时由所述的参考回波信号外差接收装置接收，经所述的参考通道处理装置处理后形成的参考信号频谱输入所述的巻积运算器；所述的目标发射信号射向目标反射形成目标回波信号，该目标回波信号与所述的目标本振信号同时由所述的目标信号外差接收装置接收，经所述的目标通道处理装置处理后形成目标信号频谱输入所述的巻积运算器，与所述的参考回波信号频谱 巻积运算后输出匹配滤波聚焦像。本专利技术的技术效果本专利技术充分考虑到合成孔径激光成像雷达采用外差接收，其中两个通道所得到 的信号频谱中均含有光源啁啾信号非线性高次项的影响，在频域内具体表现为相位 的指数二次项。为此，我们利用相移公式将参考通道外差接收信号的相位误差变换 为同目标通道外差接收信号的相位误差近似相等的量，并在进行包络化时将信号设计为与目标通道信号相反的负频信号，根据构成共轭对的两个指数项的巻积得到脉 冲函数的性质，可在频域内对两个通道的频谱信号进行巻积计算，从而克服激光光 源非线性啁啾在两个通道中的相位二次项的影响，有效提高距离向成像分辨率。和已有技术相比，本专利技术具有的原理可靠，结构简单，易于实现的优点。附图说明图1为本专利技术原理框图。图中1-本机振荡激光光源，2-参考通道发射信号，201-参考通道的平面目标， 3-目标通道发射信号，301-目标通道内的目标，4-分光装置，5-参考本振信号，6-目 标本振信号，7-参考回波信号，8-目标回波信号，9-参考回波信号外差接收装置，91-参考差频信号，10-目标信号外差接收装置，101-目标差频信号，11-解包络处理模块， 111-参考外差信号的时间相位信息，12-第一信号频谱变换模块，121-参考差频信号 的相位频谱信息，13-相移处理模块，131-参考差频信号的相移相位频谱信息，14-反傅立叶变换模块，1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法，其特征是在目标通道之外再设置一个参考通道，对参考通道外差接收信号相位差中的二次高阶项的频域变换结果进行修正，使得频域信号的指数二次项与目标通道频域信号中的指数二次项形成指数共轭对，再将修正后的参考通道频域信号与目标通道的频域信号作卷积运算，指数二次项相乘后为脉冲函数，从而克服了激光光源非线性啁啾的影响。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁伟，刘立人，许楠，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。