[发明专利]合成孔径激光成像雷达相位差分自聚焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种合成孔径激光成像雷达相位差分自聚焦方法，用于雷达回波信号聚焦成像处理。

背景技术

合成孔径激光成像雷达的原理取之于射频领域的合成孔径雷达原理，是国外报道的能够在远距离取得厘米量级分辨率的唯一的光学成像手段。合成孔径激光成像雷达的发射激光采用光频线性调制即啁啾调制，光电外差接收采用去斜解调方式即采用同样的啁啾发射激光作为外差本机振荡器光束，因此得到了在距离向包含距离信息和在方位向包含相位历程信息的回波差频信号。

合成孔径激光成像雷达在实验室先后得到了验证【参见文献1：M.Bashkansky,R.L.Lucke,E.Funk,L.J.Rickard,and J.Reintjes，“Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain,”Optic Letters,Vol.27,pp1983-1985(2002),；文献2:W.Buell,N.Marechal,J.Buck,R.Dickinson,D.Kozlowski,T.Wright,and S.Beck，“Demonstrations of Synthetic Aperture Imaging Ladar，”Proc.of SPIE Vol.5791pp152-166(2005)，；文献3：周煜，许楠，栾竹，闫爱民，王利娟，孙建锋，刘立人，尺度缩小合成孔径激光雷达的二维成像实验，光学学报，Vol.31(9)(2011)，；文献4：刘立人，周煜，职亚楠，孙建锋，大口径合成孔径激光成像雷达演示样机及其实验室验证，光学学报，Vol.29(7):2030～2032(2011)】，2006年在美国国防先进计划局支持下的雷声公司和诺格公司分别实现了机载合成孔径激光雷达实验（无任何细节报道）【参见文献5：J.Ricklin,M.Dierking,S.Fuhrer,B.Schumm,and D.Tomlison,“Synthetic aperture ladar for tactical imaging,”DARPA Strategic Technology Office.】。

在合成孔径激光成像雷达中，在方位向上产生目标的相位二次项历程是保证方位向上的目标孔径合成成像的关键，在雷达发射啁啾信号直至接收目标回波信号的过程中，由于雷达自身震动、大气湍流等因素会在目标回波信号中引入噪声，所引入的噪声主要体现在方位向二次项相位上，这种噪声会严重影响成像质量，因此如何抑制这种噪声相位以得到所需的方位向二次项相位历程在合成孔径激光成像雷达回波信号成像处理中显得尤为重要。但在上述所有相关报道中【参见文献1、2、3、4、5】，均未提及雷达回波信号方位向二次项相位历程的优化问题。

发明内容

本发明要解决的问题在于提出了一种合成孔径激光成像雷达相位差分自聚焦方法，本发明将距离向聚焦后的雷达回波信号提取方位向相位信息，并移位，利用原相位与移位后的相位做差分，得到带有噪声差分项的线性项相位，然后做傅里叶变换，得到带有噪声频谱的脉冲项，在脉冲处利用带通滤波抑制大部分噪声频谱，然后做逆傅里叶变换，得到优化的线性项，然后对线性项进行抽样累加，得到优化后的方位向二次项相位，对二次项相位优化后的方位向信号进行二次项匹配滤波，最终实现目标聚焦成像。

本发明的技术解决方案如下：

一种合成孔径激光成像雷达相位差分自聚焦方法，其特征在于，包括如下步骤：

①合成孔径激光成像雷达发射系统发射线性调频的啁啾脉冲激光信号，照射到目标后被目标反射，反射光波经过合成孔径激光成像雷达接收系统进行光电外差接收、数字化、复数化处理后的目标回波信号为：

式中式中，k为雷达目标面上每个点的序号，A_k为与目标面上每个点反射率有关的系数，为雷达发射激光频率啁啾速率，t_f为距离向快时间，Δz_k＝z_k-z_l，z_k为目标面上第k个点目标与雷达的距离，z_l为距离向引入的本振长度，c为光速，λ为合成孔径激光成像雷达发射激光中心波长，f为雷达光学足趾等效曲率半径，y_k为目标面上第k个点目标的方位向坐标，n为雷达方位向步进步数，Δy为雷达方位向步进长度，为与目标面上第k个点目标有关的噪声相位，