合成孔径激光雷达光学系统和作用距离分析(公开).pdf

合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar，简称SAL）是一种利用激光雷达技术，通过合成孔径的方法来实现高分辨率成像的探测系统。这种技术结合了合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）和激光雷达（Laser Detection and Ranging，简称Ladar）的优点，通过一系列复杂的光学系统和信号处理技术，能够获得目标区域的高分辨率三维图像。 在合成孔径激光雷达的光学系统分析中，研究者们提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念。这种方法意味着SAL系统不直接形成目标的图像，而是通过衍射光学系统收集和处理目标回波信号。通过对馈源和主镜采用二元光学器件，可以在口径较小的条件下实现较大视场角的接收，并将接收到的信号引导至光纤中进行进一步的信号处理。这种设计能够有效提高系统的光学效率，并有助于降低系统的体积和重量。 在SAL系统的作用距离分析中，关键在于理解和计算激光雷达方程。激光雷达方程是一个描述激光雷达性能的方程，它将发射激光能量、目标反射率、系统接收效率、大气透过率等因素综合考虑，以估算系统能够探测到目标的最大距离。通过优化这些参数，可以提高激光雷达的作用距离。 文章中提到的相控阵模型是为了分析SAL系统的性能而引入的一种技术。相控阵天线通过调整每个阵元发射信号的相位，可以灵活地控制波束的方向和形状。这种技术被应用在SAL系统中，能够提高系统的信号积累增益，从而增强对微弱信号的探测能力。 相干探测技术的引入进一步提升了SAL系统的作用距离和信号处理的性能。相干探测利用了激光的相干性，能够对目标回波信号进行放大，从而提高信号的质量和探测的距离。 SAL系统具有良好的微弱信号探测能力，这对于远距离高分辨率成像非常重要。为了满足实际应用的需求，文章提出了一种远距离高分辨率机载SAL系统参数和工作模式。在这种模式下，SAL系统可以在不同的成像模式下工作，如连续条带成像模式和滑动聚束成像模式。在5cm分辨率时，连续条带成像模式下的作用距离可达5km，幅宽可达1.5km；而滑动聚束成像模式下的作用距离可提高至10km，幅宽为1km。 为了更好地说明SAL的作用距离方程及其影响因素，文章中还通过计算仿真给出了所需的相位参数和对应的波束方向图。这些参数和图形能够帮助设计者更精确地调整和优化SAL系统的光学和信号处理部分，以达到理想的成像效果。 合成孔径激光雷达光学系统和作用距离的分析揭示了该技术在光学系统设计、信号处理、以及在实际应用场景下的性能表现。这种技术在军事侦察、地形测绘、目标识别等领域的应用前景广阔。通过不断的技术创新和优化，未来SAL系统有望实现更远距离、更高分辨率的探测能力。