合成孔徑激光成像雷達(dá)原理和系統(tǒng)

第1章合成孔徑激光成像雷達(dá)導(dǎo)論1
1.1概述1
1.2側(cè)視合成孔徑激光成像雷達(dá)5
1.2.1光纖發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)的啁啾側(cè)視SAIL系統(tǒng)的突破和發(fā)展7
1.2.2望遠(yuǎn)鏡發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)的啁啾側(cè)視SAIL系統(tǒng)的發(fā)展14
1.2.3偽隨機(jī)編碼側(cè)視SAIL的發(fā)展18
1.3直視合成孔徑激光成像雷達(dá)18
參考文獻(xiàn)21

第2章合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)理基礎(chǔ)和關(guān)鍵子系統(tǒng)24
2.1光束傳播理論24
2.2光學(xué)天線理論和結(jié)構(gòu)25
2.2.1基于衍射的光學(xué)發(fā)射天線26
2.2.2基于成像的光學(xué)發(fā)射天線27
2.2.3離焦望遠(yuǎn)鏡接收天線30
2.2.4雙向環(huán)路發(fā)射接收望遠(yuǎn)鏡33
2.3光學(xué)相干探測及方向性函數(shù)41
2.3.1光學(xué)外差探測及其方向性函數(shù)41
2.3.2偏振干涉自差接收探測46
2.4成像算法46
2.4.1一維傅里葉變換和一維匹配濾波47
2.4.2二維傅里葉變換成像算法49
參考文獻(xiàn)57

第3章線性調(diào)頻側(cè)視合成孔徑激光成像雷達(dá)59
3.1線性調(diào)頻側(cè)視SAIL的基本原理和結(jié)構(gòu)59
3.2合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)收集過程60
3.2.1矩形孔徑SAIL61
3.2.2圓孔徑SAIL的成像分辨率及影響因素分析65
3.2.3交軌向成像分辨率分析69
3.3合成孔徑激光成像雷達(dá)工作模式71
3.3.1統(tǒng)一工作模式的二維數(shù)據(jù)收集方程73
3.3.2基本工作模式分解76
參考文獻(xiàn)79

第4章偽隨機(jī)相位編碼側(cè)視合成孔徑激光成像雷達(dá)81
4.1引言81
4.2偽隨機(jī)相位編碼側(cè)視SAIL原理81
4.3偽隨機(jī)相位編碼SAIL的多普勒影響分析92
4.4偽隨機(jī)相位編碼SAIL的驗(yàn)證94
參考文獻(xiàn)97

第5章直視合成孔徑激光成像雷達(dá)98
5.1引言98
5.2直視SAIL基本原理98
5.2.1直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的一般性結(jié)構(gòu)99
5.2.2信息獲取過程102
5.2.3信息處理過程106
5.2.4分析和討論106
5.3直視SAIL的正交偏振雙通道波面變換發(fā)射器109
5.3.1交軌向雙透鏡平移調(diào)制方式111
5.3.2交軌向單透鏡轉(zhuǎn)動(dòng)方式114
5.3.3交軌向單棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)方式117
5.3.4交軌向單反射鏡偏轉(zhuǎn)方式119
5.3.5交軌向單傾斜鏡旋轉(zhuǎn)方式121
5.4直視合成孔徑激光成像雷達(dá)工作模式124
5.4.1條帶掃描模式124
5.4.2靜態(tài)掃描模式124
5.4.3聚束／滑動(dòng)聚束模式132
參考文獻(xiàn)143

第6章合成孔徑激光成像雷達(dá)關(guān)鍵問題145
6.1回波信號復(fù)數(shù)化145
6.1.1光頻復(fù)數(shù)化方法145
6.1.2數(shù)字域復(fù)數(shù)化方法148
6.2初始相位同步149
6.2.1側(cè)視SAIL初始相位同步149
6.2.2直視SAIL初始相位同步150
6.3目標(biāo)退偏振效應(yīng)151
6.3.1側(cè)視外差平衡探測152
6.3.2直視自差平衡探測152
6.3.3直視自差平衡探測偏振影響的克服154
6.4大氣信道的影響155
6.4.1大氣消光效應(yīng)的影響156
6.4.2等暈角區(qū)域的限制156
6.4.3復(fù)圖像與調(diào)制傳輸函數(shù)157
6.4.4系綜平均的調(diào)制傳輸函數(shù)和分辨率158
6.4.5湍流引入相位誤差159
6.5直視SAIL的交軌向正弦調(diào)制的非線性影響163
6.5.1準(zhǔn)幾何光學(xué)法相位函數(shù)的光學(xué)傅里葉變換方法163
6.5.2正弦調(diào)制的線性和非線性近似條件分析168
6.5.3三次相位項(xiàng)交軌向成像分辨率加寬效應(yīng)的分析169
6.5.4順軌向相位二次項(xiàng)多普勒效應(yīng)及其補(bǔ)償171
參考文獻(xiàn)173

第7章合成孔徑激光成像雷達(dá)的時(shí)間和空間頻譜174
7.1側(cè)視SAIL的時(shí)間和空間頻譜174
7.1.1側(cè)視啁啾SAIL交軌向的頻譜分布174
7.1.2側(cè)視偽隨機(jī)相位編碼SAIL交軌向的頻譜分布175
7.2直視SAIL的時(shí)間和空間頻譜178
7.2.1透射式交軌向雙柱面透鏡平移調(diào)制178
7.2.2透射式單透鏡轉(zhuǎn)動(dòng)182
7.2.3透射式單棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)184
7.2.4反射式交軌向單反射鏡偏轉(zhuǎn)186
7.2.5反射式交軌向單傾斜鏡旋轉(zhuǎn)187
7.3空間域順軌向空間帶寬189
7.3.1側(cè)視SAIL189
7.3.2直視SAIL190
7.4側(cè)視SAIL和直視SAIL頻譜的比較190
參考文獻(xiàn)190

第8章合成孔徑激光成像雷達(dá)的信噪比192
8.1SAIL信號采集和處理192
8.1.1直視SAIL的信號采集和處理192
8.1.2側(cè)視SAIL的信號采集和處理198
8.2噪聲功率譜202
8.3SAIL成像的信噪比205
8.3.1直視SAIL信噪比205
8.3.2側(cè)視SAIL信噪比206
8.4數(shù)據(jù)采樣的傅里葉變換影響207
8.5討論208
參考文獻(xiàn)208

第9章SAIL的激光散斑效應(yīng)210
9.1引言210
9.2SAIL時(shí)空散斑特性212
9.2.1目標(biāo)面反射散射場特性212
9.2.2合成孔徑激光成像雷達(dá)散斑的相干特性和平均尺寸213
9.2.3側(cè)視SAIL接收面的激光散斑的波長特性217
9.2.4光學(xué)接收天線散斑孔徑積分場的相干函數(shù)219
9.2.5側(cè)視和直視SAIL的光學(xué)接收天線散斑孔徑積分的相干函數(shù)225
9.2.6理想散斑下的側(cè)視和直視SAIL的（順軌向）成像起伏特性230
9.3抑制激光散斑效應(yīng)方法233
9.3.1滑動(dòng)聚束模式233
9.3.2多發(fā)射／多接收／多波長的多通道結(jié)構(gòu)235
9.4小結(jié)238
參考文獻(xiàn)238

第10章合成孔徑激光成像雷達(dá)光學(xué)成像處理240
10.1基于二維傅里葉變換的光學(xué)成像處理240
10.1.1二維傅里葉變換光學(xué)處理器240
10.1.2SAIL二維傅里葉變換光學(xué)處理驗(yàn)證246
10.2基于單像散透鏡的光學(xué)成像處理249
10.2.1基于單個(gè)實(shí)像散透鏡的SAIL光學(xué)處理器249
10.2.2基于單個(gè)虛柱面透鏡的光學(xué)處理器258
10.3基于光折變?nèi)⒌墓鈱W(xué)并行成像處理261
10.3.1Fe： LiNbO3晶體波面記錄273
10.3.2基于Fe： LiNbO3晶體的SAIL光學(xué)像重建275
10.4直視SAIL的光學(xué)成像處理277
參考文獻(xiàn)279

第11章合成孔徑激光成像雷達(dá)的實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和性能驗(yàn)證281
11.1SAIL綜合測試平臺(tái)281
11.1.1側(cè)視SAIL的綜合測試平臺(tái)281
11.1.2直視SAIL的綜合測試平臺(tái)287
11.2SAIL的調(diào)試和性能驗(yàn)證290
11.2.1尺度縮小側(cè)視SAIL的二維成像實(shí)驗(yàn)290
11.2.2大口徑側(cè)視SAIL演示樣機(jī)及其實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證292
11.2.3側(cè)視SAIL原理樣機(jī)外場實(shí)驗(yàn)295
11.2.4直視SAIL的實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和成像驗(yàn)證298
11.2.5直視SAIL的外場實(shí)驗(yàn)300
11.2.6不同天氣對直視SAIL的成像影響實(shí)驗(yàn)304
11.2.7直視SAIL的飛行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)307
11.2.8直視SAIL飛行試驗(yàn)姿態(tài)擾動(dòng)補(bǔ)償312
11.2.9直視SAIL的遠(yuǎn)程成像實(shí)驗(yàn)319
11.2.10直視逆SAIL外場成像試驗(yàn)321
參考文獻(xiàn)327

第12章其他合成孔徑激光成像雷達(dá)329
12.1菲涅耳望遠(yuǎn)鏡全孔徑合成的成像激光雷達(dá)329
12.1.1基本原理331
12.1.2實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證336
12.2自干涉3D成像雷達(dá)339
12.2.1自干涉直視SAIL的結(jié)構(gòu)340
12.2.2信息獲取和處理過程341
12.3非相干合成孔徑激光成像雷達(dá)350
12.3.1非相干合成孔徑激光成像雷達(dá)原理351
12.3.2聚束非相干合成孔徑激光成像雷達(dá)成像驗(yàn)證362
參考文獻(xiàn)367
附錄370
附錄A穩(wěn)相法一維相位函數(shù)的傅里葉變換近似求解370
附錄B匹配濾波算法376
索引377