一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達信號處理方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領域，具體涉及一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達信號處理方 法。本發(fā)明可用于高分辨率寬測繪帶合成孔徑激光雷達成像。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分辨率對地觀測要求的分辨率較高，觀測距離較遠，測繪帶寬較大，并且朝著多 種傳感器相互協(xié)同工作的方向發(fā)展，合成孔徑激光雷達（Synthetic Aperture Ladar, SAL) 和微波合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Ladar, SAR)有著很好的優(yōu)勢互補特性。對大 范圍地域可以采用SAR進行普查，然后對于感興趣的目標設施，可以采用SAL進行更高分辨 率的觀測，SAL是對目前高分辨率對地觀測手段的一個必要的補充手段。
[0003] 采用SAL技術(shù)可以在遠距離實現(xiàn)比目前SAR的分辨率提高至少一個數(shù)量級的高分 辨率觀測。與傳統(tǒng)合成孔徑雷達相比，合成孔徑成像激光雷達的工作波長更短，其可以得到 比合成孔徑雷達分辨率高得多得圖像（分辨率幾十微米到幾毫米）。
[0004] SAL技術(shù)的研宄已經(jīng)被列入到國家高分辨率對地觀測的發(fā)展規(guī)劃當中，西安電子 科技大學雷達信號處理國防科技重點實驗室在研宄中發(fā)現(xiàn)單發(fā)單收的SAL在高分辨率模 式下，其測繪帶寬受到極大的限制。國外對SAL技術(shù)的研宄已經(jīng)進行了單發(fā)單收SAL的機 載飛行試驗，在一公里作用距離時其測繪帶寬只有2米，因此，單發(fā)單收SAL窄測繪帶寬的 性質(zhì)，嚴重制約了 SAL技術(shù)的實用化。
[0005] 如何解決距離向測繪帶和方位向分辨率的矛盾，實現(xiàn)高分辨率寬測繪帶SAL成 像，是今后SAL研宄的核心問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述缺點，本發(fā)明的目的在于提出一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達信號處理 方法，對多發(fā)多收回波多普勒信號作解模糊處理，得到無模糊的多普勒頻譜用于后期成像。
[0007] 本發(fā)明可以有效的解決方位向高分辨率與距離向?qū)挏y繪帶的矛盾，實現(xiàn)高分辨率 寬測繪帶SAL成像。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0009] 一種多發(fā)多收合成孔徑激光雷達信號處理方法，所述多發(fā)多收合成孔徑激光雷達 具有N個陣元，所述多發(fā)多收合成孔徑激光雷達信號處理方法包括以下步驟：
[0010] 步驟1，N個陣元分別接收目標回波信號，每個陣元對所述目標回波信號做剩余視 頻相位補償處理和形式簡化處理，得到形式簡化處理后的目標回波信號；其中，所述陣元為 多發(fā)多收陣元；
[0011] 步驟2,所述每個陣元對所述形式簡化處理后的目標回波信號做方位向傅立葉變 換，得到混迭后的目標回波多普勒信號；
[0012] 步驟3,由N個陣元的混迭后的目標回波多普勒信號構(gòu)成觀測向量，對所述觀測向 量做解模糊處理，得到無模糊的目標回波多普勒信號向量；
[0013] 步驟4,對所述無模糊的目標回波多普勒信號向量的各個元素按照模糊分量的數(shù) 值大小進行排列，采用多普勒頻譜拼接得到完整的無模糊的目標回波多普勒信號；
[0014] 步驟5,對所述完整的無模糊的目標回波多普勒信號做成像處理，得到合成孔徑激 光雷達圖像。
[0015] 本發(fā)明的特點和進一步的改進為：
[0016] (1)步驟1具體包括以下子步驟：
[0017] (la)確定第i個陣元接收到的目標回波信號Si(t，T)，
[0019] 其中，i = 1，2,…，N，N為陣元的數(shù)目，t為快時間，t為慢時間，RMf為中心作用 距離，Gu表示第k個陣元發(fā)射、第i個陣元接收到的目標回波的增益，R ip表示第i個陣元 到目標的距離，Rkp表示第k個陣元到目標的距離，Y為調(diào)頻率；
[0020] (lb)對第i個陣元接收到的目標回波信號Si(t，T)做剩余視頻相位補償處理，得 到剩余視頻相位補償處理后的第i個陣元接收到的目標回波信號Si' (t，T )，
[0022] 其中，c為光速，f。為載波頻率；
[0023] (lc)對所述剩余視頻相位補償處理后的第i個陣元接收到的目標回波信號 S/ (t，T)進行形式簡化處理，得到形式簡化處理后的第i個陣元接收到的目標回波信號 Si" (t， T )，
[0025] 其中，
，v是平臺運行的方位 向速度，a為相鄰兩個陣元的間隔，xp為目標的距離向位置，rp為中心偏離距離；
[0026] (Id)依次取i = 1，2,…，N，重復步驟（lb)和（lc)，得到形式簡化處理后的N個 陣元的目標回波信號S/ (t，T)，…，SN" (t，T)。
[0027] 進一步的，
[0028] 在子步驟（la)中，第i個陣元到目標的距離Rip具體為：
[0030] 其中，i彡1，N為收發(fā)陣元數(shù)目，v是平臺運行的方位向速度。
[0031] 在子步驟（la)中，第k個陣元到目標的距離Rkp具體為：
[0033] 其中，k彡N，N為收發(fā)陣元數(shù)目，v是平臺運行的方位向速度。
[0034] (2)步驟2具體包括以下子步驟：
[0035] (2a)對形式簡化處理后的第i個陣元的目標回波信號S/ (t，t )做方位向傅立 葉變換，得到第i個陣元的目標回波多普勒信號Si (t，fa)，
[0037] 其中，i=1>2,…，N，圪為多普勒頻率，
，PRF為脈沖重復頻 率；
[0038] (2b)將所述第i個陣元的目標回波多普勒信號Si (t，fa)表示為：
[0039] =ki(fa)S0(t,fa)
[0042] (2c)對所述第i個陣元的目標回波多普勒信號Si(t，fa)產(chǎn)生混迭，得到第i個陣 元混迭后的目標回波多普勒信號S/ (t，fa)，
[0044] 其中，模糊分量q的取值范圍為q = -M，-M+1，…，M_1，M ;
[0045] (2d)依次取i=1，2,…，N，得到N個陣元混迭后的目標回波多普勒信號 S/ (t，fa)，...，SN，（t，fa)〇
[0046] (3)步驟3具體包括以下子步驟：
[0047] (3a)由所述N個陣元的混迭后的目標回波多普勒信號S/ (t，fa)，…， SN' (t，fa)，構(gòu)建觀測向量X(tu fa)，
[0049] 其中，^是快時間t中的某一時刻，1 = 1，2,…，L，L為快時間離散序列的長度， (? )T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作；
[0050] (3b)根據(jù)Capon波束形成原理，確定目標回波信號在多普勒頻率fa處的自適應最 優(yōu)權(quán)矢量w opt (fa (q))，
[0052] 其中，R(fa)為多普勒頻率fa處的目標回波信號的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣，v(f a(q))為多 普勒頻率fa處的第q個模糊分量的導向矢量，（?）表示矩陣求逆操作，（?） H表示矩陣共 軛轉(zhuǎn)置操作；
[0053] (3c)根據(jù)自適應最優(yōu)權(quán)矢量w_(fa(q))對觀測向量X(t u fa)加權(quán)，得到多普勒頻 率4處無模糊的目標回波多普勒信號向量S DBF(t，fa)。
[0054] 進一步的，
[0055] 所述多普勒頻率4處無模糊的目標回波多普勒信號向量SDBF(t，f a)為：
[0056] SDBF(t,fa) = [S0(t,-M*PRF+fa),......S0 (t, _M ? PRF+fa) ]T
[0057] 其中
[0058] 本發(fā)明提出的多發(fā)多收SAL體制可以有效解決傳統(tǒng)單發(fā)單收SAL體制中存在的距 離向?qū)挏y繪帶和方位向高分辨率的矛盾問題，實現(xiàn)高分辨率寬測繪帶SAL成像，該發(fā)明成 果將拓展SAL成像的概念和內(nèi)涵，為未來針對典型應用的高分辨率寬測繪帶系統(tǒng)的提出和 研制提供理論和方法基礎。
【附圖說明】
[0059] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0060] 圖1為本發(fā)明實施例提供的基本流程示意圖；
[0061] 圖2為方位向多發(fā)多收合成孔徑激光雷達體制示意圖；
[0062]圖3為多發(fā)多收SAL體制的多普勒頻譜示意圖，橫坐標為多普勒頻率，單位為赫茲 (Hz)，縱坐標為幅度；
[0063]圖4為單發(fā)單收SAL體制的9個點目標成像的等高線示意圖，橫坐標為方位單元， 縱坐標為距離單元；
[0064]圖5為單發(fā)單收SAL體制的9個點目標成像的方位脈壓剖面示意圖，橫坐標為方 位向距離，單位為米（m)，縱坐標為歸一化幅度，單位為分貝（dB);
[0065] 圖6為多發(fā)多收SAL體制的9個點目標成像的等高線示意圖，橫坐標為方位單元， 縱坐標為距離單元；
[0066] 圖7為方位向多發(fā)多收SAL體制的9個點目標成像的方位脈壓剖面示意圖，橫坐 標為方位向距離，單位為米（m)，縱坐標為歸一化幅度，單位為分貝（dB);
[0067] 圖8為圖6中中間位置的點目標成像放大后的示意圖，橫坐標為方位單元，縱坐標 為距離單元；
[0068] 圖9為圖6中中間位置的點目標方位脈壓剖面示意圖，橫坐標為方位向距離，單位 為米（m)，縱坐標為歸一化幅度，單位為分貝（dB);
[0069] 圖10為圖6中中間位置的點目標距離脈壓剖面示意圖，橫坐標為方位向距離，單 位為米（m)，縱坐標為歸一化幅度，單位為分貝（dB)。
【具體實施方式】
[0070] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進