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合成孔径激光雷达打造现代版“千里眼”

2016-02-03 09:05
野明月
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  中国神话中有关于“千里眼”的故事,但自然界所有生物的眼睛都看不到千里之远。而新技术的发展,尤其是合成孔径激光雷达(SAL)技术的发展,真的可能使人类具有“千里眼”能力。

  SAL是一种高分辨率成像激光雷达,其突出的特点是成像分辨率与目标距离无关。理论上,对100km距离外的目标,SAL很容易实现厘米级的分辨率。这种卓越的成像能力,对远距离目标的高分辨率监视应用特别有吸引力。

  SAL工作于运动平台, 通过连续发射宽带脉冲激光照明目标,同时接收目标散射回波,然后对回波信息进行处理获得目标图像。SAL综合利用了目标回波的时间和空间信息,是一种很巧妙的高分辨率成像手段。

  高分辨率成像SAL并不容易实现,需要满足一系列苛刻的硬件、软件技术条件等。由于SAL采用激光作为探测光源,激光波长在微米量级,传播过程非常容易产生误差,所以实现SAL成像、成高质量像是一件相当不容易的事情。

  SAL的根本目的与普通相机没有不同,都是获取目标的高分辨率图像,详细的SAL图像是反映系统性能或应用系统参照的最好资料。目前,在SAL技术研究领域,图像资料还比较缺乏。最近,中国科学院电子学研究所吴谨研究员课题组在《光学学报》上发表了他们的条带模式合成孔径激光雷达实验室高分辨率成像结果( 2015, vol.35,no.12,p1228002)。

  他们在SAL技术研究领域已经耕耘十余年,通过综合考虑探测光源、收发光学系统、外差探测、传输光路环境、机械振动、数据处理等多方面因素,建成了实验室SAL成像演示装置。实验中在12.9m距离上获得了合作目标及漫反射目标的高分辨率SAL图像,成像分辨率超过真实口径衍射极限100倍,如图1所示。

图1 距离12.9m处合作目标和非合作目标SAL成像

  图1中,合作目标是由反光材料制作的一个图标。反光材料是成像实验常用的目标制作材料,它的回波强,成像数据信噪比高。漫反射目标是表面用砂纸打磨铜箔剪成的三个字母。漫反射材料目标回波弱,成像数据信噪比低,可能是SAL实际应用时常见的目标。图1中,两种材料目标的SAL成像质量(分辨率和清晰度)基本相同。

  国内外高质量的SAL图像发表不多。美国洛克希德马丁公司2011年发表的机载SAL合作目标实验图像,仍是仅有的机载SAL公开图像。在实际应用中,合作目标是不存在的,面对自然地物、战术目标、城市环境等非合作目标,机载SAL成像表现又如何呢?很期待相关结果发表。

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