CN115639538A - 基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法 - Google Patents
基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115639538A CN115639538A CN202211376425.3A CN202211376425A CN115639538A CN 115639538 A CN115639538 A CN 115639538A CN 202211376425 A CN202211376425 A CN 202211376425A CN 115639538 A CN115639538 A CN 115639538A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- doppler
- synthetic aperture
- pulse
- compensation
- inverse synthetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 108091026890 Coding region Proteins 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法。利用相位编码对激光进行调制，并以脉冲的形式发射；将回波信号排列成矩阵形式，利用傅立叶变换特性提取同一距离单元的多普勒值，计算其补偿因子，将不同的速度通道进行补偿，以达到多普勒补偿的目的。本发明基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法有效的解决了相位编码体制下逆合成孔径激光雷达多普勒敏感的问题，扩大了多普勒容限。该方法实现简单，在数字上即可处理，无需增加额外的设备。
Description
技术领域
本发明涉及多普勒补偿技术领域，具体涉及一种基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法。
背景技术
激光雷达成像技术近年来发展迅速，通过直接照射目标并接收目标的后向散射光实现成像，可应用于测量、跟踪以及成像领域。然而，传统的激光成像雷达受到激光波束宽度的限制，并且其效果随着与目标的距离增加而不断恶化，无法满足对远距离目标的高分辨成像要求。为了获得更高的分辨率，合成孔径激光雷达(SAL)应运而生；其原理为距离向上通过发射脉冲信号来获得距离信息，本质上是一个测距的过程，而在垂直于距离向上的方位向上，本质上是一个测速的过程，借助雷达与目标之间相对运动的多普勒效应，在数字上进行合成，获得高分辨率的图像。而相对运动可以理解为目标运动，雷达静止，这就是逆合成孔径激光雷达(ISAL)。
ISAL中，为了获得更高的测距精度，需要信号具有大的带宽，而为了获得更高的能量，保证回波信噪比，需要信号具有大的时宽，而这两者存在着不可调和的矛盾。为了解决这个问题需要采用大时宽-带宽积的信号，通过把这种信号称为脉冲压缩信号：通过发射该信号，经过匹配滤波技术，能过获得窄脉冲信号，达到分辨的目的。
常用的两种脉冲压缩技术为：线形调频脉冲压缩(LFM)和相位编码脉冲压缩。LFM对多普勒频移不敏感，即使回波信号具有较大的多普勒频移，匹配滤波仍然能够对改信号进行脉冲压缩，但其输出响应将出现正比于多普勒频移的附加延迟，即距离-多普勒耦合；而相位编码信号对多普勒频移非常敏感，随着多普勒频移的增加，其脉冲压缩信号质量将急剧劣化，甚至无法获得压缩结果，因此需要对多普勒进行补偿。
针对ISAL系统中的多普勒，可以将其分为两种：脉内多普勒以及脉间多普勒。其中脉间多普勒为目标相对于雷达在每个脉冲时间所积累的多普勒，为方位向成像的基础，该多普勒在一个脉冲时间内为常数值，对单个脉冲的相位编码信号没有影响，仅存在一个平移量；而脉内多普勒则为一个内调制过程，将影响匹配滤波过程，即距离向成像结果，进一步影响ISAL成像结果。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：相位编码体制下逆合成孔径激光雷达容易受到多普勒的影响，导致其回波的匹配滤波效果变差，旁瓣升高，成像结果劣化。本发明基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法，目的是为了提高相位编码体制的多普勒容限，使其匹配滤波的效果更好，减少旁瓣，进一步提高逆合成孔径激光雷达的成像效果。
本发明采用的技术方案为：一种基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法，包括以下步骤：
步骤(1)：使用编码序列对激光进行相位调制，以脉冲的形式发射激光，并对回波进行采样；
步骤(2)：对采样后的信号，应用动目标检测方法，对同一距离单元进行傅利叶变换，分离不同的速度通道；
步骤(3)：计算补偿因子，在频域内对多普勒进行补偿，补偿后将其进行逆傅利叶变换，完成补偿。
进一步地，步骤(1)中，应用编码序列对激光进行调制，并以脉冲的形式发射m个脉冲；回波通过下变频，每个脉冲回波采样个数为n，将数据按照Amn(range,azimuth)进行排列。
进一步地，步骤(2)中，对矩阵Amn(range,azimuth)按列方向进行傅利叶变换得到矩阵Bmn。
进一步地，步骤(3)中，脉冲重复频率为fpulse，采样频率为fad，假设物体的径向运动导致的径向多普勒为fdoppler，通过计算补偿因子phl，在频域的矩阵Bmn对应位置乘以该补偿因子，将得到的结果进行逆傅利叶变换获得补偿后的数据，完成该体制下的多普勒补偿。
本发明的原理在于：本发明在相位编码体制下逆合成孔径激光雷达成像算法的基础上，提出了基于动目标检测的多普勒补偿方法。利用相位编码对激光进行调制，并以脉冲的形式发射；将回波信号排列成矩阵形式，利用傅立叶变换特性提取同一距离单元的多普勒值，计算其补偿因子，将不同的速度通道进行补偿，以达到多普勒补偿的目的。
本发明基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法的优点在于：
1.该基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法有效的解决了相位编码体制下逆合成孔径激光雷达多普勒敏感的问题，扩大了多普勒容限。
2.该基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法实现简单，在数字上即可处理，无需增加额外的设备。
附图说明
图1为径向多普勒(脉内多普勒fd＝500KHz时)，两个目标点(距离向相差10cm，方位向相差3cm)，场景中心距离激光雷达设置为100m，转动速度为10°/s，利用码长为16383的M序列进行相位调制，码元调制频率设置为2G，采样率设置为4G，激光波长为1550nm，得到的成像结果图。
图2为利用动目标检测补偿500K多普勒后的成像结果图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
动目标检测应用于相位编码体制逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法需要如下步骤：
1.使用编码序列对激光进行相位调制，设置脉冲重复频率为fpulse，采样频率为fad，对运动目标发射m个脉冲，每个回波脉冲采样n个点；
2.将回波脉冲按照矩阵A(range,azimuth排列，range代表距离向上的采样，azimuth代表方位向上的采样，对A矩阵中的每一列做傅立叶变换，得到m×n的复数矩阵Bmn；
3.求解补偿因子phl；
4.将Bmn矩阵乘以相应的补偿因子phl，并对其按照列方向进行逆傅利叶变换，得到补偿后的图像矩阵，最后进行逆合成孔径激光雷达成像步骤。
具体的，假设相位编码单个脉冲的采样率为fpulse，采样频率为fad，对目标发射m个脉冲，单个回波脉冲的采样个数为n，得到回波信号，并将回波信号按照以下的矩阵形式排列：
假设物体具有径向运动的多普勒fdoppler，则针对同一距离单元，两个单元的相位差为2πfdoppler/fpulse；针对同一脉冲相邻两个采样点的相位差为2πfdoppler/fad，可以得akl与a00相位差为(2πfdoppler/fpulse)k+ (2πfdoppler/fad)l。k，l表示相对的第l个距离单元的第k个脉冲；此时对矩阵A的每一列进行傅利叶变换，可以得到频谱Bl(h)：
其中，j为虚数单位，h为表示第h个点，m表示该序列的长度；
这样就分离出了不同的速度通道。针对不同的速度通道计算补偿因子：
进一步地，如果物体径向运动的多普勒大于fpulse，引入速度模糊度的概念：当目标多普勒频率为(0,fpulse)，Sa＝0；为(fpulse,2fpulse)，Sa＝1；为(-fpulse,0)，Sa＝-1，以此类推。
图1为径向多普勒(脉内多普勒fd＝500KHz时)，两个目标点(距离向相差10cm，方位向相差3cm)，场景中心距离激光雷达设置为100m，转动速度为10°/s，利用码长为16383的M序列进行相位调制，码元调制频率设置为2G，采样率设置为4G，激光波长为1550nm，得到的成像结果图。图2为利用动目标检测补偿500K多普勒后的成像结果图，可以看到在保证目标分辨率不变的情况下，目标的旁瓣得到了减少，说明补偿是有效的。
Claims (4)
1.一种基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：使用编码序列对激光进行相位调制，以脉冲的形式发射激光，并对回波进行采样；
步骤(2)：对采样后的信号，应用动目标检测方法，对同一距离单元进行傅利叶变换，分离不同的速度通道；
步骤(3)：计算补偿因子，在频域内对多普勒进行补偿，补偿后将其进行逆傅利叶变换，完成补偿。
2.根据权利要求1所述的基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法，其特征在于：步骤(1)中，应用编码序列对激光进行调制，并以脉冲的形式发射m个脉冲；回波通过下变频，每个脉冲回波采样个数为n，将数据按照Amn(range,azimuth)进行排列。
3.根据权利要求1所述的基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法，其特征在于：步骤(2)中，对矩阵Amn(range,azimuth)按列方向进行傅利叶变换得到矩阵Bmn。
4.根据权利要求1所述的基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法，其特征在于：步骤(3)中，脉冲重复频率为fpulse，采样频率为fad，假设物体的径向运动导致的径向多普勒为fdoppler，通过计算补偿因子phl，在频域的矩阵Bmn对应位置乘以该补偿因子，将得到的结果进行逆傅利叶变换获得补偿后的数据，完成该体制下的多普勒补偿。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211376425.3A CN115639538A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211376425.3A CN115639538A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115639538A true CN115639538A (zh) | 2023-01-24 |
Family
ID=84949409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211376425.3A Pending CN115639538A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115639538A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117148380A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 西安电子科技大学 | 基于频率下降优化的振动相位补偿卫星isal成像方法 |
-
2022
- 2022-11-04 CN CN202211376425.3A patent/CN115639538A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117148380A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 西安电子科技大学 | 基于频率下降优化的振动相位补偿卫星isal成像方法 |
| CN117148380B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-02-06 | 西安电子科技大学 | 基于频率下降优化的振动相位补偿卫星isal成像方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3144702B1 (en) | Method and device for synthethic aperture radar imaging based on non-linear frequency modulation signal | |
| CN107229048B (zh) | 一种高分宽幅sar动目标速度估计与成像方法 | |
| US4851848A (en) | Frequency agile synthetic aperture radar | |
| CN101825707B (zh) | 基于Keystone变换和相参积累的单脉冲测角方法 | |
| CN110412558A (zh) | 基于tdm mimo的解车载fmcw雷达速度模糊方法 | |
| CN101915911B (zh) | 基于相消积累空时谱的空间任意构型分布式sar动目标参数估计方法 | |
| CN110187347B (zh) | 一种地球同步轨道星机双基合成孔径雷达大幅宽成像方法 | |
| CN101738606A (zh) | 基于广义多普勒滤波器组的雷达目标相参积累检测方法 | |
| CN102353953A (zh) | 单通道sar地面运动目标成像方法 | |
| CN110161472B (zh) | 一种基于信号复用的宽带车载毫米波雷达解速度模糊方法 | |
| CN111239721B (zh) | 车载mimo雷达求熵解速度模糊的方法 | |
| CN109613507B (zh) | 一种针对高阶机动目标雷达回波的检测方法 | |
| CN101620272A (zh) | 一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法 | |
| CN115639538A (zh) | 基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法 | |
| CN113655455B (zh) | 一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法 | |
| CN114325700A (zh) | 一种星载多通道sar动目标成像方法 | |
| CN118131221A (zh) | 低信噪比下基于ms-grft的步进频雷达的对空间目标高分辨成像方法 | |
| CN108802706B (zh) | 基于位置标定的调频步进雷达信号目标抽取方法 | |
| CN112698329B (zh) | 一种星载合成孔径雷达距离模糊抑制方法 | |
| Kang et al. | Validity of Stop-and-Go Approximation in High-Resolution Ku-band FMCW SAR with High-Velocity Platform | |
| CN114509759B (zh) | 一种步进调频脉冲sar动目标成像方法 | |
| GB2104753A (en) | Radars | |
| CN114415143B (zh) | 一种匀速运动目标的多帧相参积累方法 | |
| CN104076361A (zh) | 无人机载战场监视雷达超分辨广域成像方法 | |
| CN116736297B (zh) | 一种异构多帧联合相参积累方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |