機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與算法研究

機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與算法研究

摘要：合成孔徑雷達(dá)（SyntheticApertureRadar，SAR）是一種通過(guò)距離采樣和后續(xù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高分辨率成像的無(wú)源遙感技術(shù)。機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)（AirborneSyntheticApertureLIDAR，ASAR）則是基于合成孔徑雷達(dá)原理和激光掃描技術(shù)相結(jié)合的一種新型遙感系統(tǒng)。本文將著重介紹機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與算法研究。

1.引言

機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)是利用飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等載體搭載激光雷達(dá)設(shè)備，通過(guò)激光掃描方式獲取地物的三維信息。與傳統(tǒng)的光學(xué)遙感技術(shù)相比，機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)的高分辨率成像，對(duì)地物表面的拓?fù)浜图y理信息具有較好的探測(cè)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的空間信息重建等。因此，機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)在地理測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵察等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理主要包括目標(biāo)距離測(cè)量、激光掃描、信號(hào)接收和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)。

目標(biāo)距離測(cè)量：系統(tǒng)利用光電探測(cè)器接收返回的激光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的距離測(cè)量。距離測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響后續(xù)的成像效果。

激光掃描：系統(tǒng)通過(guò)激光束的掃描方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物的覆蓋。掃描模式包括單點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描等。不同的掃描模式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的掃描模式可以提高成像效果。

信號(hào)接收：系統(tǒng)利用光電探測(cè)器接收經(jīng)過(guò)目標(biāo)后散射的激光信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行放大、濾波等前期處理，以提高信噪比和動(dòng)態(tài)范圍。

數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)通過(guò)對(duì)接收到的激光信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）等算法處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)域和頻域信息重建。并通過(guò)補(bǔ)償、校正等算法，提高成像質(zhì)量。

3.算法研究

機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)的算法研究主要包括目標(biāo)成像算法、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法和數(shù)據(jù)校正算法等。

目標(biāo)成像算法：目標(biāo)成像算法是機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的算法之一。常用的目標(biāo)成像算法包括衍射積分算法、反向傳播算法和壓縮感知算法等。這些算法通過(guò)對(duì)接收到的激光信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)和反演，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高分辨率成像。

運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法：由于飛機(jī)或無(wú)人機(jī)在掃描過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自身的運(yùn)動(dòng)，在成像過(guò)程中需要對(duì)這種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，以保證成像的準(zhǔn)確性。常用的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法包括跟蹤回波聚焦算法、跟蹤補(bǔ)償算法和相位預(yù)測(cè)算法等。

數(shù)據(jù)校正算法：機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，可能會(huì)受到大氣湍流、系統(tǒng)誤差等因素的干擾，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校正來(lái)降低誤差。常用的數(shù)據(jù)校正算法包括條紋校正算法、噪聲校正算法和誤差校正算法等。

4.結(jié)論

機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)是一種結(jié)合合成孔徑雷達(dá)原理和激光掃描技術(shù)的新型遙感系統(tǒng)。本文從系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和算法研究?jī)蓚€(gè)方面對(duì)機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)具有高分辨率成像、全天候全天時(shí)性能好等優(yōu)點(diǎn)，在地理測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵察等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著激光雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展和算法的不斷改進(jìn)，相信機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)將在未來(lái)取得更加優(yōu)異的成果綜上所述，機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型遙感系統(tǒng)。它通過(guò)結(jié)合合成孔徑雷達(dá)原理和激光掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高分辨率、全天候全天時(shí)的成像能力。在地理測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵察等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文介紹了機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理