[发明专利]基于相干探测的关联成像雷达系统及其成像方法

说明书

一种基于相干探测的关联成像雷达系统及其成像方法，该系统包括啁啾调制光源系统、光纤分束系统、光纤放大系统、准直系统、空间调制系统、空间分光系统、参考光路系统、发射光学系统、接收光学系统、后处理系统、时钟系统和主控制及采集系统。该系统基于相干探测，将压缩感知理论和激光关联成像理论结合，具有低压缩比下的三维成像超分辨成像能力和运动或振动的瞬时提出能力。本发明利用长调制时长提升单脉冲能量、脉冲压缩提升探测信噪比、啁啾调制解调技术实现低采集带宽下的高测距分辨率并降低数据采集量，且利用目标的运动及振动特性，将光学相干探测的高灵敏特性及相位探测能力充分运用，具有目标距离维及运动或振动维分别成像的能力。

技术领域

本发明涉及压缩感知激光关联成像雷达系统，特别是一种基于相干探测的关联成像雷达系统及其成像方法。

背景技术

激光关联成像技术是本世纪初兴起的一种新型的激光成像技术。它将具有时空涨落的光场分为两部分，其中一部分用具有空间分辨率的探测器记录该时空涨落的强度分布，是为参考光路；另一部分成像到目标表面并利用无空间分辨率的探测器接收该回波信号，是为物光路。利用参考光路与物光路的涨落关联性质，并结合压缩感知算法，即可得到基于压缩感知的关联重构目标图像。然而此技术中物光路回波信号一般很弱且采用的探测技术为直接强度探测。对脉冲激光信号而言，直接强度探测技术的最小可探测功率最低可达10^-9W。

光学相干探测技术是上世纪90年代才兴起的新型相干探测技术。它将一束振幅或者相位调制的连续窄线宽光信号分为两部分：一部分留在本地作为本地振荡光信号，另一部分发射到目标上并得到较弱的目标回波信号。光功率强且相干性极好的本振光信号与弱回波信号干涉，得到本振光信号与回波光信号的差频信号。通过鉴别差频信号频率即可得到目标的灰度和距离信息。需要指出的是，相较于直接强度探测技术，光学相干探测技术具有高达几个数量级的探测灵敏度优势。此外该技术具有相位探测能力，能够将目标与平台之间相对运动引起的多普勒频移保留并记录下来。因此，该技术还能实现对目标的运动或振动维信息的提取。

激光关联成像雷达是近10年内才提出的机理与之前的激光成像雷达本质不同的新型激光成像雷达。由于其机理存在于压缩感知理论相结合的可能，基于压缩感知的激光关联成像雷达在2012年由中科院上海光机所的韩申生小组提出并首次得到外场试验验证。之后，该小组相继验证了基于压缩感知的激光关联成像雷达的高信息提取效率及超分辨能力。因此，基于压缩感知的激光关联成像雷达受到越来越多的关注。尽管如此，该型激光关联成像雷达的探测系统仍基于直接强度探测，存在探测灵敏度不够高，没有相位探测的能力。对于运动目标，虽能根据后处理算法得到目标的重构图像，然而该方法只能针对匀速运动目标。对于变速目标，该方法极易失效。此外，该系统还在抗背景噪声能力弱，处理数据量大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于相干探测的关联成像雷达系统，以实现低峰值功率、高测距分辨率、高抗噪性、高灵敏度的目标空间三维及运动或振动维共四维的目标信息提取，且能够实现距离与多普勒速度的天然解耦。