CN101493521A - 合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装置，该方法是在目标通道之外再设置一个参考通道，对参考通道外差接收信号相位差中的二次高阶项的频域变换结果进行修正，使得频域信号的指数二次项与目标通道频域信号中的指数二次项形成指数共轭对，再将修正后的参考通道频域信号与目标通道的频域信号作卷积运算，其中指数二次项相乘后为脉冲函数，从而克服了激光光源非线性啁啾的影响。本发明能克服激光光源的非线性啁啾相位误差，提高了合成孔径激光雷达成像的距离向分辨率。

Description

合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装置

技术领域

本发明涉及合成孔径激光雷达，是合成孔径激光雷达成像中一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装置，通过将差频信号频谱进行匹配滤波的方法，实现对光源非线性啁啾的影响进行补偿，在外差信号中抑制啁啾非线性的影响，提高合成孔径激光雷达成像的距离向高分辨率。

背景技术

合成孔径激光雷达是一种以激光光源为辐射源的高分辨率成像雷达，它通过小口径光学天线的运动来合成大孔径以获取高分辨率图像。雷达系统的发射和接收装置装载在同一个运动平台上，真实的取样孔径在每一个取样位置上发射脉冲并接收从目标物体或区域反射回的回波，往返光学相移通过每个脉冲回波的外差探测测量得到，对脉冲复振幅(振幅和相位)的往返变化进行测量并记录，然后，取样孔径移动到下一个取样位置。把在各个位置上接收到的一系列回波信号存储起来，然后运用合成孔径技术对存储的数据进行综合处理，可得到高分辨率的目标图像。

合成孔径激光雷达的成像原理与传统的微波合成孔径雷达成像原理基本相同，但是由于激光波长比微波波长短3～5个数量级，因此它的距离向分辨率可达毫米量级，同时发射脉冲也很难达到高峰值功率。为保证接收脉冲同时具有高功率和足够的分辨率，合成孔径激光雷达一般采用线性调频的啁啾信号，激光载频在脉冲时间宽度内呈线性变化。光源啁啾产生的原因主要是由于激光器内动态电信号调制的影响导致光源脉冲信号的相位产生动态变化，直接体现为光信号频率随时间的动态变化，这种变化可以是线性的，也可以是非线性的。然而，实际的激光器并不能实现完全的线性调频。首先，由于啁啾激光器一般为波长线性扫描型，并非直接对频率进行线性扫描；其次，激光器在波长扫描时并不能保证做到完全的线性，在不同扫描速率下和使用环境中波长的线性度会有所不同，其变化范围一般在百分之几到百分之几十之间，后者因素会引起比前者更大的频率非线性。在合成孔径激光雷达的成像算法中，信号啁啾中如果存在较大的频率非线性项，会导致差频信号中产生相位误差，进而导致距离向成像聚焦模糊，降低成像分辨率。因此，必须通过一定的算法对光源的非线性啁啾进行补偿，从而保证雷达的成像质量，实现图像的高分辨率。

目前，针对光源非线性啁啾影响的克服主要分为匹配通道和非匹配通道两种方案。2002年，在Naval Research Laboratory的匹配通道时域处理算法中，首次提出了非线性啁啾的问题，其解决办法是通过建立长度与目标通道完全相同的参考通道，由两通道外出电信号相乘实现相位相减，从而克服非线性啁啾在时间相位上的累加对成像的影响[参见文献1.R.L.Lucke，L.J.Rickard，M.Bashkansky et al..Synthetic aperture ladar(SAL)：fundamental theory，design equations for a satellitesystem，and Laboratory Demonstration.Washington：Naval Research Laboratory，2002]。2005年，美国航空航天公司提出了使用非匹配通道的处理算法克服啁啾非线性，首次实现了真正意义上的二维合成孔径激光成像雷达的实验室验证，通过建立非匹配通道补偿非线性啁啾，提高了距离向分辨率[参见文献2.S.M.Beck，J.R.Buck，W.F.Buell et al..Synthetic-aperture imaging laser radar：laboratory demonstration and signalprocessing.Appl.Opt.2005，44：7621-7629]。上述两种方法的本质均是用长的本振通道补偿回波通道的长度，并利用相干探测实现相位相减，啁啾非线性在极小的目标通道延时差积累下产生的非线性相位可忽略，从而抑制啁啾非线性对距离向成像的影响。Naval Research Laboratory的匹配通道方法仅限于已知目标距离的实验室环境，且在实际作用的数百公里距离中不易实现，实用性较差。航空航天公司的非匹配通道实验方案中的目标通道长度远小于参考通道长度，将参考通道差频信号进行相位移相处理后再与目标通道的差频信号频谱进行匹配滤波，从而实现对光源非线性啁啾的影响进行补偿。同匹配通道方案比较，非匹配通道方案设计灵活，更适用于外场的实际应用，但在提取相位误差、相移计算以及非线性啁啾补偿时计算量较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法和装置。该方法和装置的原理可靠，结构简单，易于实现，能克服激光光源的非线性啁啾相位误差，提高了合成孔径激光雷达成像的距离向分辨率。

本发明的技术解决方案如下：

一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法，实质是在目标通道之外再设置一个参考通道，对参考通道外差接收信号相位差中的二次高阶项的频域变换结果进行修正，使得频域信号的指数二次项与目标通道频域信号中的指数二次项形成指数共轭对，再将修正后的参考通道频域信号与目标通道的频域信号作卷积运算，指数二次项相乘后为脉冲函数，从而克服了激光光源非线性啁啾的影响。

一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波装置，其特点是该装置包括：

本机振荡激光光源，经分光装置分出四路光信号：参考发射信号、参考本振信号、目标发射信号和目标本振信号；

设有参考通道、参考本振通道和目标本振通道，而且满足τ_rLo＝τ_zLo，τ_r＝τ_s，其中：τ_rLo为参考本振通道的时间延迟，τ_zLo为目标本振通道的时间延迟，τ_r为参考通道的时间延迟，τ_s为目标通道时间延迟τ_z的残余时间延迟；

目标通道处理装置由依次连接的目标信号外差接收装置和第三信号频谱变换模块构成；

参考通道处理装置由依次连接的参考回波信号外差接收装置、解包络处理模块、第一信号频谱变换模块、相移计算模块、反傅立叶变换模块、信号包络化处理模块和第二信号频谱变换模块构成，所述的信号包络化处理模块的包络信号为与经第三信号频谱变换模块处理得到的目标信号频谱频率特性相反的信号；

所述的第二信号频谱变换模块和所述的第三信号频谱变换模块的输出端同时连接卷积运算器的输入端；

所述的参考发射信号经过参考通道的平面目标反射形成参考回波信号，该参考回波信号与所述的参考本振信号同时由所述的参考回波信号外差接收装置接收，经所述的参考通道处理装置处理后形成的参考信号频谱输入所述的卷积运算器；

所述的目标发射信号射向目标反射形成目标回波信号，该目标回波信号与所述的目标本振信号同时由所述的目标信号外差接收装置接收，经所述的目标通道处理装置处理后形成目标信号频谱输入所述的卷积运算器，与所述的参考回波信号频谱卷积运算后输出匹配滤波聚焦像。

本发明的技术效果：

本发明充分考虑到合成孔径激光成像雷达采用外差接收，其中两个通道所得到的信号频谱中均含有光源啁啾信号非线性高次项的影响，在频域内具体表现为相位的指数二次项。为此，我们利用相移公式将参考通道外差接收信号的相位误差变换为同目标通道外差接收信号的相位误差近似相等的量，并在进行包络化时将信号设计为与目标通道信号相反的负频信号，根据构成共轭对的两个指数项的卷积得到脉冲函数的性质，可在频域内对两个通道的频谱信号进行卷积计算，从而克服激光光源非线性啁啾在两个通道中的相位二次项的影响，有效提高距离向成像分辨率。

和已有技术相比，本发明具有的原理可靠，结构简单，易于实现的优点。

附图说明

图1为本发明原理框图。

图中：1-本机振荡激光光源，2-参考通道发射信号，201-参考通道的平面目标，3-目标通道发射信号，301-目标通道内的目标，4-分光装置，5-参考本振信号，6-目标本振信号，7-参考回波信号，8-目标回波信号，9-参考回波信号外差接收装置，91-参考差频信号，10-目标信号外差接收装置，101-目标差频信号，11-解包络处理模块，111-参考外差信号的时间相位信息，12-第一信号频谱变换模块，121-参考差频信号的相位频谱信息，13-相移处理模块，131-参考差频信号的相移相位频谱信息，14-反傅立叶变换模块，141-参考差频信号相移后时域信号的相位信息，15-信号包络化处理模块，151-参考时域信号，16-第二信号频谱变换模块，161-参考差频信号相移后的信号频谱(简称为参考回波信号频谱)，17-第三信号频谱变换模块，171-目标信号频谱，18-卷积运算处理模块，181-匹配滤波后的聚焦像。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，由图可知，本发明合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波装置，包括：

本机振荡激光光源1，经分光装置4分出四路光信号：参考发射信号2、参考本振信号5、目标发射信号3和目标本振信号6；

设有参考通道、参考本振通道和目标本振通道，而且满足τ_rLo＝τ_zLo，τ_r＝τ_s，其中：τ_rLo为参考本振通道的时间延迟，τ_zLo为目标本振通道的时间延迟，τ_r为参考通道的时间延迟，τ_s为目标通道时间延迟τ_z的残余时间延迟；

目标通道处理装置由依次连接的目标信号外差接收装置10和第三信号频谱变换模块17构成；

参考通道处理装置由依次连接的参考回波信号外差接收装置9、解包络处理模块11、第一信号频谱变换模块12、相移计算模块13、反傅立叶变换模块14、信号包络化处理模块15和第二信号频谱变换模块16构成，所述的信号包络化处理模块15的包络信号为与经第三信号频谱变换模块17处理得到的目标信号频谱171频率特性相反的信号；

所述的第二信号频谱变换模块16和所述的第三信号频谱变换模块17的输出端同时连接卷积运算器18的输入端；

所述的参考发射信号2经过参考通道的平面目标201反射形成参考回波信号7，该参考回波信号7与所述的参考本振信号5同时由所述的参考回波信号外差接收装置9接收，经所述的参考通道处理装置处理后形成的参考信号频谱161输入所述的卷积运算器18；

所述的目标发射信号3射向目标301反射形成目标回波信号8，该目标回波信号8与所述的目标本振信号6同时由所述的目标信号外差接收装置10接收，经所述的目标通道处理装置处理后形成目标信号频谱171输入所述的卷积运算器18，与所述的参考回波信号频谱161卷积运算后输出匹配滤波聚焦像181。

本发明的技术解决方案原理如下：

本机振荡激光光源1发射的光脉冲信号经分光装置4分出四路光信号：参考通道发射信号2、目标通道发射信号3、参考本振信号5、目标本振信号6可表示为：

其中：T为激光光源的脉冲宽度，A为信号幅值，取单位振幅。在接收端，参考通道中的参考本振信号5的时间延迟为τ_rLo，参考回波信号7的延迟为τ_r。对于参考通道，参考回波信号7和参考本振信号5经参考信号外差接收装置9接收后，得到参考差频信号91为：

$i_r\left(t\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_r}{T_r}\right)\cos \left[{\mathrm{\ζ}}_r\left(t\right)\right]---\left(2\right)$

其中：T_r＝T-(τ_r-τ_rLo)为参考差频信号91的脉冲宽度， $\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_r=\frac{{\mathrm{\τ}}_r+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{rLo}}}{2}$ 为脉冲的中心位移。该参考差频信号91经过解包络处理模块11后得到参考差频信号的时间相位信息111：

$(-\frac{T}{2}+{\mathrm{\τ}}_r\≤t\≤-\frac{T}{2}+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{rLo}})---\left(3\right)$

ζ_r(t)可以用Taylor级数的形式展开，这里取到时间的三次项，即：

根据傅立叶变换理论，将参考差频信号的时间相位信息111经过第一信号频谱变换模块12变换为离散的参考差频信号的相位频谱信息

根据相移计算原理，目标差频信号101的相位频谱

可用参考差频信号91的相位频谱

表示：

${\widehat{\mathrm{\ξ}}}_m=\frac{e^{-\mathrm{i\πm}({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}}+{\mathrm{\τ}}_z)\mathrm{\Δf}}\sin \left[\mathrm{\πm}({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}}-{\mathrm{\τ}}_z)\mathrm{\Δf}\right]}{e^{-\mathrm{i\πm}({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{rLo}}+{\mathrm{\τ}}_r)\mathrm{\Δf}}\sin \left[\mathrm{\πm}({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{rLo}}-{\mathrm{\τ}}_r)\mathrm{\Δf}\right]}{\widehat{\mathrm{\ζ}}}_m---\left(5\right)$

其中：Δf为采样频率间隔，τ_z为脉冲信号在目标通道内的时间延迟。上式(5)为参考通道的相移计算公式，它是从参考通道确定目标通道相位误差的基础，通过该公式可以使参考通道的相位频谱变换为和目标通道相位频谱相同的相位频谱。将所述的参考差频信号的相位频谱信息121通过相移计算模块13处理后，得到参考通道信号的移相相位频谱信息131，再将该参考通道信号的移相相位频谱信息131通过反傅立叶变换模块14进行反傅立叶变换处理，得到参考通道的参考差频信号的离散相位141ζ_zz：

$(-\frac{T}{2}+{\mathrm{\τ}}_z\≤t_n\≤-\frac{T}{2}+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}})---\left(6\right)$

将所述的参考差频信号的离散相位141输入信号包络化处理模块15，产生参考时域信号151：

$i_{\mathrm{zz}}\left(t_n\right)=\mathrm{rect}\left(\frac{t_n-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zz}}}{T_{\mathrm{zz}}}\right)e^{-j{\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{zz}}\left(t_n\right)}---\left(7\right)$

其中：T_zz＝T-(τ_z-τ_zLo)为相移处理后差频信号的脉冲宽度， $\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zz}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_z+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}}}{2}$ 为相移后差频脉冲的中心位移。将该参考时域信号151输入第二信号频谱变换模块16，作快速傅立叶变换得到参考信号频谱161：

$I_{\mathrm{zz}}\left(f\right)=\left\{\right[\mathrm{\δ}(f+f_{\mathrm{zz}}\left(K\right))]\⊗[\sin c\left(T_{\mathrm{zz}}f\right)e^{-j2\mathrm{\π\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zz}}f}]\⊗e^{j\frac{{\mathrm{\πf}}^2}{{\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{zz}}^{\′\′}({\mathrm{\τ}}_z-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}})}}\⊗F_{\mathrm{zz}}^{*\left(H\right)}\left(f\right)\}{e}^{-j{\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{zz}}\left(0\right)}---\left(8\right)$

其中： $f_{\mathrm{zz}}\left(K\right)=\frac{{\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{zz}}^{\′}({\mathrm{\τ}}_z-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}})}{2\mathrm{\πK}}$ 为相移后信号的载频，K为人为设定的载频移位比例因子，

为非线性啁啾在频谱域内的相位二次项，它也是本发明要克服掉的项，F_zz ^*(H)(f)表示非线性啁啾频谱域相位高阶项之和。

在目标通道中，所述的目标本振信号6的时间延迟为τ_zLo，目标通道发射信号3射向目标301上第k个目标散射点(第k个目标散射点的位置为s_x，k，s_y，k，z_k)，其返回光路的时间延迟为τ_z，k，而相位二次项历程的等效焦距为F_z，k。(注意到，前文中τ_z是表示目标通道发射信号3的光脉冲从发射经目标中心散射点反射回所述的目标信号外差接收装置10的时间延迟。)目标回波信号8和目标本振信号6经目标信号外差接收装置10接收后，得到目标差频信号101为：

$i_s\left(t\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{rect}\left(\frac{t-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{s,k}}{T_{z,k}}\right)\cos \left[{\mathrm{\ξ}}_{s,k}\left(t\right)\right]---\left(9\right)$

其中：T_z，k＝T-(τ_z，k-τ_zLo)为目标外差信号101的脉冲宽度， $\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_{s,k}=\frac{{\mathrm{\τ}}_{z,k}+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}}}{2}$ 为目标差频信号101的脉冲的中心位移。目标外差频信号101直接经第三信号频谱变换模块17进行变换，得到目标信号频谱171，即频率域表达的复数非聚焦像，结果的解析表达式可写为：

其中： $f_{z,k}=\frac{{\mathrm{\ξ}}_{z,k}^{\′}({\mathrm{\τ}}_{z,k}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}})}{2\mathrm{\π}}$ 为第k个目标散射点的载频，

为非线性啁啾在频谱域的相位二次项，F_z，k ^(H)(f)表示非线性啁啾频谱域相位高阶项之和。

将两个通道的参考信号频谱161和目标信号频谱171输入卷积运算器18，进行匹配滤波处理，产生和I_zz(f)的卷积结果，即得到匹配滤波后的聚焦像181，其理想的解析结果可表示为：

$\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{U}_k\left(f\right)=$

请注意，当ζ″_zz(τ_z-τ_zLo)趋近于ξ″_z，k(τ_z，k-τ_zLo)时，有

$\exp (-j\frac{{\mathrm{\πf}}^2}{{\mathrm{\ξ}}_{z,k}^{\′\′}({\mathrm{\τ}}_{z,k}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}})})\⊗\exp \left(j\frac{{\mathrm{\πf}}^2}{{\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{zz}}^{\′\′}({\mathrm{\τ}}_z-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zLo}})}\right)\→\mathrm{\δ}\left(f\right)---\left(12\right)$

因此，相对于所有的τ_z，k，合理设计τ_z和τ_r，可使上述条件成立，从而得到：

$\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{U}_k\left(f\right)=$

其中： $\left[\sin c\left(T_{z,k}f\right)e^{-j2\mathrm{\π\Δ}{\mathrm{\τ}}_{z,k}f}\right]\⊗\left[\sin c\left(T_{\mathrm{zz}}f\right)e^{-j2\mathrm{\π\Δ}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{zz}}f}\right]$ 为激光脉冲宽度决定的距离方向与传递函数相当的理想图像分辨率，为残留非线性啁啾影响卷积因子，ξ_z，k(0)-ζ_zz(0)为啁啾产生的固定相位，为二次项相位历程。

这里所说的合理设计τ_z，主要是从解决光学问题的角度出发。考虑到对于目标通道距离较远的情况，反射回波脉冲的中心频率很高，这就导致一系列问题的产生，如没有合适的外差探测元器件与之匹配以及信号处理计算量大等。为了解决这些问题，由于脉冲返回接收端目标信号外差接收装置10时的时间已经是目标通道发射信号3发射后若干个周期之后，例如τ_z＝(n+0.4)T，其中n为整数，T为脉冲周期，此时我们可以考虑将前面n个脉冲周期省略，只保留0.4T的时间延迟，一般表述为τ_z＝nT+τ_s，其中τ_s称为仅保留不满整周期的残余时间延迟。这样的设计思路不仅仍然保持返回脉冲和参考通道信号之间的相干性，而且还可以降低返回脉冲的中心频率，从而有利于光电器件的外差接收，信号处理量也大为降低。

很显然，当本发明装置合理设计，使得：

τ_rLo＝τ_zLo，τ_r＝τ_s，则上述公式(12)成立，匹配滤波后的聚焦像181就可以表述为公式(11)，其中：τ_rLo为参考本振通道时间延迟，τ_zLo为目标本振通道时间延迟，τ_r为参考通道的时间延迟。这就是本发明是基本原理。

下面提供一个具体实施例的技术方案设计：

本实施例的设计，以条带扫描工作模式下的星载合成孔径激光成像雷达为模型。合成孔径激光成像雷达收发天线的口径d为0.19m，在目标上光学足趾直径D为11.2m。工作波长为1.55μm，脉冲周期T为15.6ms，脉宽ΔT为7.8ms。要求距离向和方位向的成像分辨率均为10cm，则啁啾带宽B为4.243×10⁹Hz，对应波长扫描范围Δλ为0.034nm，则有波长啁啾率Δλ/ΔT为4359nm/s，频率啁啾率f＝B/ΔT＝5.44×10¹⁴Hz/s。在雷达系统进行实际搭载运行时，搭载雷达系统的卫星平台在400km高度飞行，即目标中心距离为400km、目标301起伏高度未知。

请参阅图1。针对距离为400km的远程目标，在室内建立参考通道，按图中所示顺序搭建好参考通道的各个装置。其中，参考通道的平面目标201为反射镜，该反射镜与参考通道发射信号2出射端的距离为1m，目标本振通道和参考本振通道的长度均为0.5m。本机振荡激光光源1发射信号经分光装置4分为四束光信号：2、21、3、31，其中参考通道发射信号2经反射镜201反射得到参考回波信号7，信号21经参考本振延时τ_rLo得到参考本振信号5，目标通道发射信号3经远程目标301反射后得到目标回波信号8，信号31经目标本振延时τ_zLo得到目标本振信号6。参考回波信号7和参考本振信号5经参考回波信号外差接收装置9接收后得到参考差频信号91，该参考差频信号91输入信号解包络处理模块11、经第一信号频谱转换模块12后得到参考差频信号的相位频谱信息121，再将该参考外差信号的相位频谱信息121输入相移处理模块13、反傅立叶变换模块14、信号包络化处理模块15以及第三信号频谱转换模块16，得到将参考信号频谱161。其中，在利用信号包络化处理模块15将信号包络化时，将包络信号设计为与目标信号频谱171的频率特性相反的信号。

同时，将目标差频信号101输入第四信号频谱转换模块17，得到目标信号频谱171。将参考信号频谱161和目标信号频谱171输入卷积运算处理模块18，进行卷积运算，得到距离向压缩图像181。

注意到，目标差频信号101的相位中的指数二次项经第四信号频谱转换模块17变换后，其在目标信号频谱171中表现为公式(10)中的项；而参考差频信号91的相位中的指数二次项先后经过第一信号频谱变换模块12、相移计算模块13、反傅立叶变换模块14、信号包络化处理模块15和第二信号频谱变换模块16的处理后，在参考信号频谱161中表现为公式(8)中的

项。其中ξ″_z，k和ζ″_zz分别是参考通道长度、参考本振通道长度、目标通道长度和目标本振通道长度的非线性函数，我们设计参考通道长度为1m，参考本振通道长度和目标本振通道长度均为0.5m，目标通道长度为400km，τ_z设计为省略整数个周期后的时间延迟，即τ_s，称为仅保留不满整周期的残余时间延迟。在具体的实施例中，将参考通道的时间延迟τ_r设计为τ_s，代入计算后，得到ζ″_zz(τ_z-τ_zLo)的数值接近于ξ″_z，k(τ_z，k-τ_zLo)，因此满足匹配滤波聚焦成像的条件，从而可以得到距离向的压缩图像181。

经计算机仿真证明，本发明采用匹配滤波的方法对合成孔径激光雷达光源非线性啁啾的影响进行克服是一种行之有效的办法，可使距离向成像的展宽得到抑制，有效提高距离向的成像分辨率。

Claims (2)

1、一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波方法，其特征是在目标通道之外再设置一个参考通道，对参考通道外差接收信号相位差中的二次高阶项的频域变换结果进行修正，使得频域信号的指数二次项与目标通道频域信号中的指数二次项形成指数共轭对，再将修正后的参考通道频域信号与目标通道的频域信号作卷积运算，指数二次项相乘后为脉冲函数，从而克服了激光光源非线性啁啾的影响。

2、一种合成孔径激光雷达非线性啁啾的匹配滤波装置，其特征在于该装置包括：

本机振荡激光光源(1)，经分光装置(4)分出四路光信号：参考发射信号(2)、参考本振信号(5)、目标发射信号(3)和目标本振信号(6)；

设有参考通道、参考本振通道和目标本振通道，而且满足τ_rLo＝τ_zLo，τ_r＝τ_s，其中：τ_rLo为参考本振通道的时间延迟，τ_zLo为目标本振通道的时间延迟，τ_r为参考通道的时间延迟，τ_s为目标通道时间延迟τ_z的残余时间延迟；

目标通道处理装置由依次连接的目标信号外差接收装置(10)和第三信号频谱变换模块(17)构成；

参考通道处理装置由依次连接的参考回波信号外差接收装置(9)、解包络处理模块(11)、第一信号频谱变换模块(12)、相移计算模块(13)、反傅立叶变换模块(14)、信号包络化处理模块(15)和第二信号频谱变换模块(16)构成，所述的信号包络化处理模块(15)的包络信号为与经第三信号频谱变换模块(17)处理得到的目标信号频谱(171)频率特性相反的信号；

所述的第二信号频谱变换模块(16)和所述的第三信号频谱变换模块(17)的输出端同时连接卷积运算器(18)的输入端；

所述的参考发射信号(2)经过参考通道的平面目标(201)反射形成参考回波信号(7)，该参考回波信号(7)与所述的参考本振信号(5)同时由所述的参考回波信号外差接收装置(9)接收，经所述的参考通道处理装置处理后形成的参考信号频谱(161)输入所述的卷积运算器(18)；

所述的目标发射信号(3)射向目标(301)反射形成目标回波信号(8)，该目标回波信号(8)与所述的目标本振信号(6)同时由所述的目标信号外差接收装置(10)接收，经所述的目标通道处理装置处理后形成目标信号频谱(171)输入所述的卷积运算器(18)，与所述的参考回波信号频谱(161)卷积运算后输出匹配滤波聚焦像(181)。

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