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首页非对称光斑提升合成孔径雷达宽测绘带成像性能
本文主要探讨了非对称光斑照明在宽测绘带合成孔径激光雷达(Wide Swath Synthetic Aperture Ladar, WSSL)成像中的应用和改进。合成孔径激光雷达作为遥感技术的一种,通过利用多条激光束扫描目标区域,能够实现远距离目标的高分辨率成像。然而,传统SAL的测绘带宽度通常受限,这在对地观测中可能造成数据获取效率低下或者覆盖区域有限的问题。 针对这一挑战,作者提出了通过优化光斑分布,将光斑在方位方向上设计得较短,在距离方向上设计得较长,即采用非对称光斑照明方式来扩展测绘带。这种方法借鉴了波动光学衍射理论,通过细致的理论分析和数学仿真,揭示了非对称光斑照明如何影响SAL的成像过程。具体来说,非对称光斑使得WSSL在处理过程中遵循了基本的SAL成像原理,即通过傅里叶变换实现对目标距离信息的压缩,而匹配滤波则有助于在方位方向上实现图像的聚焦。 研究结果显示,非对称光斑照明有效地提高了宽测绘带SAL的性能,使其能够在保持较高分辨率的同时,拓宽了成像覆盖范围。这对于提高对地观测的效率和覆盖面积具有重要意义,特别是在地球观测、地理信息系统以及环境监测等领域有潜在的应用价值。 关键词包括“遥感”、“激光雷达”、“合成孔径”、“成像理论”和“宽测绘带”,这些词汇体现了文章的核心研究内容和技术背景。该研究不仅深化了我们对SAL成像原理的理解,也为拓宽其实际应用提供了新的思路和方法。通过这篇文章,读者可以了解到如何通过光学手段优化SAL系统,以适应更广泛的地理探测需求。
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第 35 卷 第 3 期
2015 年 3 月
Vol. 35, No. 3
March, 2015
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
0328003-
非对称光斑照明合成孔径激光雷达宽测绘带成像研究
吴 谨
1
赵志龙
1,2
段洪成
1,2
吴曙东
1,2
黄文武
1
1
中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2
中国科学院大学, 北京 100049
摘要 合成孔 径激光雷达(SAL)能实现远距离 目 标的高分辨 成 像,但是,其测绘带宽一 般 很小,不利于其在 对 地观
测中的应用。针对这一问题,给出了宽测绘带 SAL 实际成像范围的建议,具体研究了采用方位向短、距离向长的非
对称光斑照明实现宽测绘带 SAL 的成像处理问题。采用波动光学衍射理论,给出了这种宽测绘带 SAL 的详细成像
理论 描 述和数学仿 真 成像演示。 结 果表明,由于光学 的短波长特性 ,非 对 称光斑照明 的 宽测绘带 SAL 也 近似遵循
基本 SAL 图像形成方法:傅里叶变换实现距离压缩,匹配滤波实现方位图像聚焦。
关键词 遥感;激光雷达;合成孔径;成像理论;宽测绘带
中图分类号 TN958 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201535.0328003
Investigation on Image Formation of Wide Swath Synthetic Aperture
Ladar Using Non-Symmetric Beam-Pattern Illumination
Wu Jin
1
Zhao Zhilong
1, 2
Duan Hongcheng
1, 2
Wu Shudong
1, 2
Huang Wenwu
1
1
Institute of Electronics,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract Synthetic aperture ladar (SAL) can achieve long distance objects high resolutions imaging.
However, the mapping bandwidth is generally small, which probably limits its applications in land surveillance.
In order to solve the problem, practical imaging range of a wide swath SAL is suggested and a wide swath SAL
using non- symmetric beam-pattern illumination with short azimuth size and long range size is investigated in
detail. By wave optics diffraction theory, detailed theoretical descriptions of the image formation theory on the
wide swath SAL as well as the mathematical simulations are given. The results show that due to the
characteristic of short optical wavelength, the conventional image formation theory used in SAL data
processing is approximately applied in wide swath SAL using non- symmetric beam- pattern illumination, that
is, range compression by Fourier transformation and azimuth image focusing by matched filtering.
Key words remote sensing; laser radar; synthetic aperture; image formation theory; wide swath
OCIS codes 280.6730; 280.4750; 050.1960; 110.2990
收稿日期: 2014-09-24; 收到修改稿日期: 2014-11-12
基金项目: 国家自然科学基金(61178071)
作者简介: 吴 谨(1965—),男,博士,研究员,主要从事脉冲气体激光器及激光雷达等方面的研究。
E-mail: jwu909@263.net
1 引 言
合成孔径激 光雷达(SAL)是合 成孔径技术 与激光技术 相结合的高 分辨率成像 激光雷达,是微波合成 孔
径雷达(SAR)技术在激光波段 的应用。与 SAR 相比,SAL 具有 成像时间短、分辨率高的优点。另外,作为一
种光学成像手段,SAL 与其他成像激光雷达、普通被动光学成像等相比,可实现与目标距离无关的成像分辨
率。因此,SAL 可以在远距离高分辨率成像领域得到应用。
近十 几年 来,SAL 高 分辨 率成 像技 术研 究取得了很大进 展
[1-17]
。2006 年 ,美国 Raytheon 公 司和 Northrop
1
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