一种多发多收合成孔径激光雷达信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，具体涉及一种多发多收合成孔径激光雷达信号处理方 法。本发明可用于高分辨率宽测绘带合成孔径激光雷达成像。
【背景技术】
[0002] 高分辨率对地观测要求的分辨率较高，观测距离较远，测绘带宽较大，并且朝着多 种传感器相互协同工作的方向发展，合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar, SAL) 和微波合成孔径雷达（Synthetic Aperture Ladar, SAR)有着很好的优势互补特性。对大 范围地域可以采用SAR进行普查，然后对于感兴趣的目标设施，可以采用SAL进行更高分辨 率的观测，SAL是对目前高分辨率对地观测手段的一个必要的补充手段。
[0003] 采用SAL技术可以在远距离实现比目前SAR的分辨率提高至少一个数量级的高分 辨率观测。与传统合成孔径雷达相比，合成孔径成像激光雷达的工作波长更短，其可以得到 比合成孔径雷达分辨率高得多得图像（分辨率几十微米到几毫米）。
[0004] SAL技术的研宄已经被列入到国家高分辨率对地观测的发展规划当中，西安电子 科技大学雷达信号处理国防科技重点实验室在研宄中发现单发单收的SAL在高分辨率模 式下，其测绘带宽受到极大的限制。国外对SAL技术的研宄已经进行了单发单收SAL的机 载飞行试验，在一公里作用距离时其测绘带宽只有2米，因此，单发单收SAL窄测绘带宽的 性质，严重制约了 SAL技术的实用化。
[0005] 如何解决距离向测绘带和方位向分辨率的矛盾，实现高分辨率宽测绘带SAL成 像，是今后SAL研宄的核心问题。
【发明内容】
[0006] 针对上述缺点，本发明的目的在于提出一种多发多收合成孔径激光雷达信号处理 方法，对多发多收回波多普勒信号作解模糊处理，得到无模糊的多普勒频谱用于后期成像。
[0007] 本发明可以有效的解决方位向高分辨率与距离向宽测绘带的矛盾，实现高分辨率 宽测绘带SAL成像。
[0008] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0009] 一种多发多收合成孔径激光雷达信号处理方法，所述多发多收合成孔径激光雷达 具有N个阵元，所述多发多收合成孔径激光雷达信号处理方法包括以下步骤：
[0010] 步骤1，N个阵元分别接收目标回波信号，每个阵元对所述目标回波信号做剩余视 频相位补偿处理和形式简化处理，得到形式简化处理后的目标回波信号；其中，所述阵元为 多发多收阵元；
[0011] 步骤2,所述每个阵元对所述形式简化处理后的目标回波信号做方位向傅立叶变 换，得到混迭后的目标回波多普勒信号；
[0012] 步骤3,由N个阵元的混迭后的目标回波多普勒信号构成观测向量，对所述观测向 量做解模糊处理，得到无模糊的目标回波多普勒信号向量；
[0013] 步骤4,对所述无模糊的目标回波多普勒信号向量的各个元素按照模糊分量的数 值大小进行排列，采用多普勒频谱拼接得到完整的无模糊的目标回波多普勒信号；
[0014] 步骤5,对所述完整的无模糊的目标回波多普勒信号做成像处理，得到合成孔径激 光雷达图像。
[0015] 本发明的特点和进一步的改进为：
[0016] (1)步骤1具体包括以下子步骤：
[0017] (la)确定第i个阵元接收到的目标回波信号Si(t，T)，
[0019] 其中，i = 1，2,…，N，N为阵元的数目，t为快时间，t为慢时间，RMf为中心作用 距离，Gu表示第k个阵元发射、第i个阵元接收到的目标回波的增益，R ip表示第i个阵元 到目标的距离，Rkp表示第k个阵元到目标的距离，Y为调频率；
[0020] (lb)对第i个阵元接收到的目标回波信号Si(t，T)做剩余视频相位补偿处理，得 到剩余视频相位补偿处理后的第i个阵元接收到的目标回波信号Si' (t，T )，
[0022] 其中，c为光速，f。为载波频率；
[0023] (lc)对所述剩余视频相位补偿处理后的第i个阵元接收到的目标回波信号 S/ (t，T)进行形式简化处理，得到形式简化处理后的第i个阵元接收到的目标回波信号 Si" (t， T )，
[0025] 其中，
，v是平台运行的方位 向速度，a为相邻两个阵元的间隔，xp为目标的距离向位置，rp为中心偏离距离；
[0026] (Id)依次取i = 1，2,…，N，重复步骤（lb)和（lc)，得到形式简化处理后的N个 阵元的目标回波信号S/ (t，T)，…，SN" (t，T)。
[0027] 进一步的，
[0028] 在子步骤（la)中，第i个阵元到目标的距离Rip具体为：
[0030] 其中，i彡1，N为收发阵元数目，v是平台运行的方位向速度。
[0031] 在子步骤（la)中，第k个阵元到目标的距离Rkp具体为：
[0033] 其中，k彡N，N为收发阵元数目，v是平台运行的方位向速度。
[0034] (2)步骤2具体包括以下子步骤：
[0035] (2a)对形式简化处理后的第i个阵元的目标回波信号S/ (t，t )做方位向傅立 叶变换，得到第i个阵元的目标回波多普勒信号Si (t，fa)，
[0037] 其中，i=1>2,…，N，圪为多普勒频率，
，PRF为脉冲重复频 率；
[0038] (2b)将所述第i个阵元的目标回波多普勒信号Si (t，fa)表示为：
[0039] =ki(fa)S0(t,fa)
[0042] (2c)对所述第i个阵元的目标回波多普勒信号Si(t，fa)产生混迭，得到第i个阵 元混迭后的目标回波多普勒信号S/ (t，fa)，
[0044] 其中，模糊分量q的取值范围为q = -M，-M+1，…，M_1，M ;
[0045] (2d)依次取i=1，2,…，N，得到N个阵元混迭后的目标回波多普勒信号 S/ (t，fa)，...，SN，（t，fa)〇
[0046] (3)步骤3具体包括以下子步骤：
[0047] (3a)由所述N个阵元的混迭后的目标回波多普勒信号S/ (t，fa)，…， SN' (t，fa)，构建观测向量X(tu fa)，
[0049] 其中，^是快时间t中的某一时刻，1 = 1，2,…，L，L为快时间离散序列的长度， (? )T表示矩阵转置操作；
[0050] (3b)根据Capon波束形成原理，确定目标回波信号在多普勒频率fa处的自适应最 优权矢量w opt (fa (q))，
[0052] 其中，R(fa)为多普勒频率fa处的目标回波信号的统计协方差矩阵，v(f a(q))为多 普勒频率fa处的第q个模糊分量的导向矢量，（?）表示矩阵求逆操作，（?） H表示矩阵共 轭转置操作；
[0053] (3c)根据自适应最优权矢量w_(fa(q))对观测向量X(t u fa)加权，得到多普勒频 率4处无模糊的目标回波多普勒信号向量S DBF(t，fa)。
[0054] 进一步的，
[0055] 所述多普勒频率4处无模糊的目标回波多普勒信号向量SDBF(t，f a)为：
[0056] SDBF(t,fa) = [S0(t,-M*PRF+fa),......S0 (t, _M ? PRF+fa) ]T
[0057] 其中
[0058] 本发明提出的多发多收SAL体制可以有效解决传统单发单收SAL体制中存在的距 离向宽测绘带和方位向高分辨率的矛盾问题，实现高分辨率宽测绘带SAL成像，该发明成 果将拓展SAL成像的概念和内涵，为未来针对典型应用的高分辨率宽测绘带系统的提出和 研制提供理论和方法基础。
【附图说明】
[0059] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0060] 图1为本发明实施例提供的基本流程示意图；
[0061] 图2为方位向多发多收合成孔径激光雷达体制示意图；
[0062]图3为多发多收SAL体制的多普勒频谱示意图，横坐标为多普勒频率，单位为赫兹 (Hz)，纵坐标为幅度；
[0063]图4为单发单收SAL体制的9个点目标成像的等高线示意图，横坐标为方位单元， 纵坐标为距离单元；
[0064]图5为单发单收SAL体制的9个点目标成像的方位脉压剖面示意图，横坐标为方 位向距离，单位为米（m)，纵坐标为归一化幅度，单位为分贝（dB);
[0065] 图6为多发多收SAL体制的9个点目标成像的等高线示意图，横坐标为方位单元， 纵坐标为距离单元；
[0066] 图7为方位向多发多收SAL体制的9个点目标成像的方位脉压剖面示意图，横坐 标为方位向距离，单位为米（m)，纵坐标为归一化幅度，单位为分贝（dB);
[0067] 图8为图6中中间位置的点目标成像放大后的示意图，横坐标为方位单元，纵坐标 为距离单元；
[0068] 图9为图6中中间位置的点目标方位脉压剖面示意图，横坐标为方位向距离，单位 为米（m)，纵坐标为归一化幅度，单位为分贝（dB);
[0069] 图10为图6中中间位置的点目标距离脉压剖面示意图，横坐标为方位向距离，单 位为米（m)，纵坐标为归一化幅度，单位为分贝（dB)。
【具体实施方式】
[0070] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进