雷达成像技术_远距离激光成像雷达进展

摘要

关键词 ：激光成像雷达；距离分辨；角度分辨；合成孔径

1 引言

以下是对原文的同义改写

自1972年起, 美国启动了远程"Fire Pool"激光雷达系统的研发工作。在DITP项目的支持下, Fibertek公司承担了开发"角度-角度-距离-强度成像"激光雷达的任务。这一目标旨在整合上述两种技术设备, 从而能够在复杂环境中有效识别并拦截来袭导弹。

2 成像激光雷达的基本原理

2.1角度分辨

在具有零光程像差或者像差为低值的光学系统中，在光学系统口径范围内产生的衍射效应主要取决于该系统的最高分辨率；而衍射受限系统的角分辨率可被d所表征

d=1.22λ/D (1)

其中λ为波长，D为光学系统有效口径。一般情况下，成像系统通过增大光学系统口径的方法提高成像角分辨率，在感光元件的像素分辨率一定时，通过加长焦距提高成像分辨率。假设光学系统的有效口径D=20cm，那么系统的成像角度分辨率为6.71μrad，距离1000km时，空间分辨率为6.71m。当距离1000km时，要达到厘米级的空间分辨率，光学系统的有效口径D应该等于134m，这实际上是不可能实现的，因此必须采用其他手段进行远距离高分辨率成像。2.2距离分辨雷达的距离分辨率取决于雷达信号带宽，可以表示为

(2)

......

图1.1981 年的“火池”激光雷达系统

图2.1992 年的“火池”激光雷达及其电光子系统

图5.美国HI-CLASS相干二氧化碳激光雷达

图11.合成孔径激光雷达原理示意图

......

5 结论

当前无论采用微波SAR还是光学相机手段，在卫星对地观测中的成像分辨率为米级或亚米级呈现受限状态。相比之下，在星载设备中追求厘米级以上的分辨率达到更加迫切的需求。与微波技术相比而言，在光学系统中可获得更高的分辨率水平；然而要想达成分米级以下的目标，则必须使望远镜天线具备超过十米的大尺寸通光口；就目前而言，在星载设备的实际应用中这一技术条件尚不具备可行性。因此唯一的解决方案就是借助合成光学孔径的方法进行成像；尽管多孔径光学合成能够通过严格控制各子孔径间的同相位特性来提高整体性能；但在现有星载设备条件下这一技术要求几乎难以实现。然而国外已经在合成孔径激光雷达领域取得了令人瞩目的成就；因此激光合成孔径雷达已逐渐成为当前最可行且备受关注的技术路线；其不仅展现出卓越的空间遥感成像能力；而且蕴含着广阔的战略军事应用前景；由此催生了空间遥感高分辨 imaging的新纪元

合成孔径激光雷达技术具有超越传统光学成像技术在分辨率方面的局限性潜力。它不仅能够实现更高分辨率，并且具有表现细节的能力，在战场监视侦察精确制导以及预警探测等领域广泛应用于战场监视侦察精确制导和预警探测等多个方面。由于合成孔径激光雷达需要满足不同时间和位置的激光信号必须保持同相位这一特殊条件因此其对光学机械电子以及算法等方面的性能要求都非常高。

在孤立目标成像激光雷达领域中存在显著的技术瓶颈问题在于成像速率较低的问题值得重视；而在合成孔径激光雷达技术方面则面临回波信号有效宽度有限的重大挑战亟需突破。就光谱选择而言通常会选择大气透过窗口所具有的良好光学特性的波段范围以确保观测的有效性与安全性。具体而言1.06微米波段主要用于空对地激光遥感成像系统其具有良好的空间分辨率表现；而1.55微米与10微米两个波段则分别应用于高灵敏度的地表遥感与空中侦察系统这两个工作状态下的光谱带均被确认为人眼可接受的安全工作频段

基于篇幅限制的原因, 本文仅作为节选呈现, 全文内容建议读者访问原文以获取完整资料.

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