合成孔径激光雷达成像技术研究进展

合成孔径激光雷达成像技术是一种能够突破光学系统衍射极限的主动光学成像技术,其概念来自工作在微波波段的合成孔径雷达,相比于合成孔径雷达,合成孔径激光雷达具有成像速度快、成像分辨率高以及能获取符合人眼感知的图像的优势,在远距离目标感知与识别中具有很高的潜在价值。本文从合成孔径激光雷达的工作原理出发,回顾和梳理了合成孔径激光雷达的主要关键技术的主要进展,包括合成孔径激光雷达的系统模型和基础理论、系统设计与架构、激光相位噪声抑制、运动补偿技术以及成像算法;同时对国内外重要的外场实验进展进行了总结。最后探讨了后续实现工程化所需面对的困难和挑战。

基于分段式探测的高分辨率沙姆成像激光雷达

为提高沙姆成像激光雷达技术远距离大气探测的距离分辨率(如3 km@54 m,4 km@96 m,5 km@148 m),提出了一种基于分段式探测的沙姆成像激光雷达探测方法.该方法在雷达系统的接收端采用2套探测装置,通过设置探测装置的系统参数,包括放置的角度、位置等,对探测路径以距离远近程度进行划分,实现分段大气探测.此系统在保证各分段实现高距离分辨率探测的基础上,实现了全距离范围内大气气溶胶的精细探测,从而提高了沙姆成像激光雷达的远端距离分辨率.反演计算结果表明,此系统的距离分辨率提高显著,同距离处分辨率提高近4倍(3 km@13 m,4 km@24 m,5 km@38 m).据此可推断利用三段式及更多段式分段探测能够进一步提高远距离处的分辨率.

夜间激光雷达成像数据的降噪技术

为改善图像质量,设计夜间激光雷达成像数据的降噪技术。测算目标与雷达之间的距离信息,生成目标激光雷达图像;通过快速混合蛙跳算法增强目标激光雷达图像,采用Contourlet变换算法进行图像去噪,通过拉普拉斯塔形分解与方向滤波器组完成图像的多分辨率多方向分解,并利用Contourlet逆变换重构激光雷达图像,获取去噪后的结果。经实验验证:该技术在测量激光雷达图像时误差较小,最高为0.6像素,图像增强后的夜间激光雷达成像峰值信噪比与白天的差值为11 dB,且降噪后图像结构相似度可达到0.9以上。

成像激光雷达技术概述

简要介绍了成像激光雷达技术的应用特点 ,阐述了成像激光雷达可采用的几种成像技术及部分单元技术包括激光器和可用的扫描系统技术。概括了成像激光雷达在军事和国民经济中的应用。

基于Mach-Zehnder干涉仪条纹成像技术的多普勒测风激光雷达鉴频系统研究及仿真

多普勒激光雷达在大气风场探测中已经得到广泛应用。相比于Fabry-Perot(F-P)干涉仪、Fizeau干涉仪,Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪作为鉴频器具有透过率高、探测谱的范围宽、能进行视场展宽而获得大光通量、所成直条纹可以与CCD匹配等优点,同时也可以实现大的风速探测范围,弥补现有直接探测多普勒测风激光雷达探测范围较小,探测灵敏度的非线性问题。分析了基于M-Z干涉仪条纹成像技术的激光雷达大气风场探测原理,对干涉仪鉴频系统进行了参数优化设计及仿真分析,通过设定实验参数,获得仿真结果,进行数据反演,得到风速值与理论结果基本一致。

三维成像激光雷达技术最新发展与展望

在不远的将来,借助基于激光的探测系统,军用飞机将能够准确地识别战区内敌方的地面车辆;航天器和无人驾驶车辆将能够安全地通过不熟悉的地带。 所谓的激光探测系统是一种在高敏感光探测器基础上发展起来的新技术,这样的探测系统能够测量出极小量的反射激光,并对所扫描到的物体实时进行3-维建模,从而使导弹防御系统能够分辨出哪些是入侵车辆,哪些是诱骗目标。 激光雷达技术早在20世纪60年代激光技术问世之初就已经开始研究了,但3-维成像却是在差不多20年之后。

激光雷达(LiDAR):获取高精度古地震探槽信息的一种新技术

激光雷达技术是近几十年新发展起来的一种测量技术,已被广泛应用于工程测量、文物保护及地形测量等方面,近几年来活动构造的研究中也已逐步引入。作为活动构造研究的最基础的古地震研究一直还采用传统的地质素描技术进行探槽信息获取,数码照相技术的引入虽然解决了一些问题,但由于照相技术本身的限制,很难克服获取信息的变形和扭曲。激光雷达扫描系统的高信息量、高精度、便捷、安全和易操作等性能,为古地震研究开辟了获取数据信息的新手段和新技术。

成像激光雷达系统模拟

成像激光雷达系统对精确制导、直升机防撞等都具有重要的意义。计算机模拟技术是成像激光雷达系统的设计和研究中一个有效手段。本文以所建立的二极管泵浦固体成像激光雷达实验演示系统为研究对象 ,建立了成像激光雷达系统计算机模型。该模型是所建立的演示系统的一个有力的辅助研究工具 ,对实验系统性能的改进、方案的进一步完善、目标特性和大气传输特性的研究都可起到很大的推动作用。

高光谱成像激光雷达光纤阵列焦面分光技术

伴随激光雷达技术凭借自身多方面的优势,广泛用于遥感、测绘等领域,对地物目标空间相关信息、光谱信息做好精准性辨识,作为未来激光雷达用于遥感测绘主趋。随着各类先进技术的兴起和应用,激光雷达测距可精准获取地物目标空间高程信息,被动高光谱成像可获取丰富光谱信息,但唯一不足的是2种技术方法和手段,难以同步获取高程和光谱信息。针对原有主、被动遥感探测技术自身的优势、不足,主要是探究基于光纤阵列焦面分光技术,结合实际需求,设计一套机载高光谱成像激光雷达接收系统,该系统可实现全天候光谱探测,不断完善和优化系统光机集成,有利于提高系统探测水平。

固体相干成像激光雷达实验

采用单块非平面环形激光器的本地振荡器、种子注入高重复频率Q开关Nd∶YAG激光器的功率振荡器、振镜扫描偏转和光学接收装置、控制和显示等部件构成固体相干成像激光雷达实验装置.利用该装置对目标进行了距离成像和速度测量实验.在图像分辨力为64×64时,获得了成像速度为8fps的目标距离图像.速度测量平均误差为6 %.

单狭缝条纹管激光雷达四维成像实验

用条纹管作为接收端的激光成像雷达已经成为非扫描雷达中的重要部分,具有大视场、高帧频的优点,在军事上有着广泛的应用前景。用条纹管激光雷达四维成像实验平台对远距离目标进行了成像实验,给出条纹像和目标之间的对应关系,用多幅条纹像重构了目标的四维图像。实现了这种体制的激光雷达对远距离目标的成像。并且分析了狭缝、重叠率等参数对成像精度的影响。

逆合成孔径三维成像激光雷达研究

三维图像能准确反应目标的物理特征,提高目标识别的性能,但传统的光学三维成像技术受到扫描体制或阵元个数的限制,很难实现对运动目标的实时成像,针对这一问题,提出了一种将逆合成孔径技术、激光信号与干涉技术相结合的逆合成孔径三维成像激光雷达,给出了系统的初步设计方案,分析了成像的基本原理和实现方法,构建了模拟系统,进行了仿真分析,实验结果验证了该雷达系统的可行性和成像中的优势,最后讨论了系统实现过程中还需要解决的关键问题。

激光雷达与被动红外复合成像光学系统

凝视焦平面成像已成为被动红外成像的主要研究和应用方向，而激光成像雷达又是比被动红外具有更高分辨率、且能成三维像的更前沿的成像技术，两种体制复合将有利于目标的跟踪、识别和定位．为此，世界上许多国家都在研究这一双模复合体制．在激光雷达和被动红外复合中，光学天线的选择和设计是一项关键技术．

机动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时,其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题,在建立机动目标精确回波信号模型的基础上,提出一种基于积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换的成像算法.在距离压缩时,首先采用积分立方次相位函数快速估计出回波脉冲的调频率,进而在最佳旋转角下采用分数阶傅里叶变换实现距离像压缩,消除距离色散.经过运动补偿后,在方位压缩时结合积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换与Clean技术实现对每一距离单元上强弱散射点的分离成像,解决由于机动运动产生的方位多普勒时变而形成的图像散焦问题.最后,通过散射点模型的仿真实验,验证了所提方法的有效性.

小型高光谱图谱仪与激光雷达及其海洋应用

海洋是地球生态环境的重要一环,但人类对海洋资源的勘探和开采容易对其造成严重破坏,如油气开采过程造成的大面积溢油、污染和赤潮爆发等。高光谱成像技术可以同时获取图像信息与高分辨光谱信息,在海洋原位探测上具有重大应用。文中综述了小型高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋应用上的部分近期工作。小型高光谱图谱仪结合荧光技术,实现了溢油种类的分类和油膜厚度的估计。多模式高光谱海洋原位探测系统可以工作于普通反射或透射成像、望远成像、显微成像三种模式,实现了海洋不同藻类及鱼类传染病载体孢囊的高光谱探测。高光谱技术结合激光雷达技术在溢油、赤潮等海洋污染物监测方面具有很大潜力。非弹性高光谱沙姆激光雷达系统通过油品的荧光光谱实现了海洋溢油油品的遥测鉴别。形貌沙姆激光雷达系统基于二维沙姆成像原理,通过空气-水界面折射矫正,成功的对人体、贝壳、珊瑚等进行了三维形貌重构,近处恢复精度可达毫米级,表面纹路清晰可见,为海洋监测应用提供了新的技术支持。

激光雷达在舰载光电搜索跟踪系统中的应用

分析了舰载红外搜索和跟踪系统(IRST)的优缺点,以及激光雷达在其中应用的可能性。介绍了一种应用于舰载红外搜索和跟踪系统(IRST)的啁啾调幅激光雷达系统。描述了啁啾调幅激光雷达的工作原理和雷达系统的组成结构,并给出了部分实验结果。

反射层析激光雷达成像研究进展

国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室主任胡以华教授科研团队在反射层析激光雷达(reflective tomography lidar,RTL)成像方面取得了重要研究进展。团队在窄脉冲激光产生、脉冲激光信号高保真高速检测、激光反射层析成像算法等关键技术取得突破的基础上,研制出RTL成像实验系统,成功实现10.38km处70cm×45cm复杂目标的2cm分辨率超分辨成像。

一种下一代激光雷达的设计与实现

研制了一种下一代小型化实时成像的激光雷达样机,这种新的激光雷达系统由激光二极管、准直镜、MEMS微扫描器、收集光学、带通滤波器、光电探测器和信号处理装置组成,其核心器件是基于MEMS的微扫描反射镜。详细分析了系统的结构和参数,结果表明:其距离分辨率为1cm,视场角为24°,谐振频率为1.5kHz。该下一代MEMS微扫描器激光雷达系统具有高精度、低成本、小体积和三维实时成像等优点。

合成孔径激光雷达研究进展

合成孔径激光雷达是合成孔径信号处理技术和激光技术的有机集合体,是一种新体制主动成像激光雷达系统。首先介绍了合成孔径激光雷达的基本原理,然后对国内外在合成孔径激光雷达方面取得的成果进行了概述,通过对国内外系统的分析,介绍了合成孔径激光雷达走向工程实现需要克服的技术难点。最后指出其在军事、科研以及灾害和环境检测等领域都有广阔的应用前景。