小型斜坡隐患识别“空天地”图谱几何遥感方法

“空天地”一体化三查技术体系在西南地区大中型滑坡等灾害早期识别中得到验证和应用,但该方法对人类工程活动诱发的小型灾变体查全率较低。快速准确识别小型隐患点位置极为迫切。本文以广东省龙川县为例,针对点小面广、多发隐蔽的小型斜坡变形和人工切坡建房诱发的崩滑流灾害,研究试验“全查-带扫-点筛-面核-群防-联审”模式的早期识别图谱几何遥感方法,利用2019年1月8日至2022年6月29日94期Sentinel-1雷达影像SBAS-InSAR时序反演、提取异常形变区,综合激光雷达扫描和地质孕灾背景资料从异常形变区图斑中筛查标识出疑似隐患风险点,并开展现场外业核查界定隐患风险类型。结果表明:时序InSAR反演初查发现323处异常形变区,筛查标识出疑似隐患图斑82处,对55处图斑现场外业验证,7处界定为隐患点。证明该方法具有应用价值,能够为地质灾害隐患风险点防灾减灾提供科学依据。

潜艇非声探测技术综述

传统声学探潜技术由于作战环境的复杂化已逐渐受限,与此同时,非声探潜技术的重要性日益展现。文章分别介绍了磁异探潜技术、激光探潜技术、尾流探潜技术、电场探潜技术以及红外探潜等其他非声探潜技术,详细描述了各种非声探潜技术的优势及其局限性,并对非声探潜技术的发展趋势进行了展望,旨在为研究非声探潜技术提供有益参考。

大幅宽激光合成孔径雷达成像技术研究

激光合成孔径雷达(SAL)结合了光相干探测技术和合成孔径成像技术,其微弱信号检测能力达到光子量级、成像分辨率可以突破望远镜衍射孔径极限,可以获得高分辨率图像而不受探测距离影响。针对SAL系统在成像幅宽方面的技术短板,在介绍激光合成孔径雷达与扫描成像激光雷达(Li DAR)各自发展阶段和技术特点的基础上,该文提出合成孔径技术与激光扫描技术相结合,在实现高分辨率成像同时突破SAL技术的成像幅宽限制。通过对扫描模式下SAL信号模型分析、机载SAL外场飞行成像实验和地面目标合成孔径成图计算,该文展示了SAL在远程、高分辨率和扫描成像中的应用潜力,提出了弥补现有SAL技术在成像幅宽和作业效率方面的缺憾的方法,为SAL系统在大幅宽、高分辨率对地观测以及空天弱目标ISAL成像提供了科学技术手段。

基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达是一种主动式有源激光成像雷达,它具有远高于微波合成孔径雷达的成像分辨率,能够实现对远距离目标的精细成像。由于激光信号的带宽极大,普通的硬件设备难以满足奈奎斯特采样定理的要求。提出一种基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法,该方法利用光外差方法探测回波信号,在此基础上通过对外差信号进行随机采样提取信号中的有效信息,使用正交匹配追踪算法实现对目标高分辨距离像图像的重构,最后结合频率变标算法得到目标的高分辨二维图像。仿真结果表明运用新算法对合成孔径激光雷达的回波信号进行采样,能使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率完成信号采样,并有效压低信号旁瓣,实现对目标的超高分辨成像。

合成孔径激光雷达光学系统和作用距离分析

该文对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar,SAL)光学系统和作用距离进行了分析。根据SAL成像特点,提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念,并引入相控阵模型对其性能进行分析。通过在压缩光路中馈源和主镜两处使用二元光学器件,在口径300 mm条件下将2°接收视场信号收入光纤,对所需的相位参数和对应的波束方向图进行了计算仿真。给出了SAL作用距离方程,分析了相干探测和信号积累增益,明确了SAL具有良好的微弱信号探测能力的结论。针对实际应用需求,给出了一个远距离高分辨率机载SAL系统参数和工作模式。5 cm分辨率时,在连续条带成像模式下,其作用距离可达5 km,幅宽可达1.5 km;在滑动聚束成像模式下,作用距离可达10 km,幅宽可达1 km。

精密控制谐振腔获得合成孔径激光雷达信号的方法

为获得高效的合成孔径激光雷达信号,提出一种通过精密控制谐振腔提高激光线性调频信号有效功率的方法,并描述了激光器的调频实现。首先,分析驱动信号获得其傅里叶谱,获知调腔信号有效功率低的原因在于调腔器件对信号高次谐波响应较差;通过在谐振腔驱动电路中引入了高次谐波响应模块,最终有效地减小了信号调频波形下降沿,提高了合成孔径激光雷达信号的有效功率。对所获得的调频信号性能指标进行了测试,结果表明,调频周期为1 ms时,调频带宽达到了789 MHz,信号功率中有用功率由72%提高到92%以上。

合成孔径激光雷达研究及应用

在讨论合成孔径激光雷达（synthetic aperture laser—radar，SAL）概念和原理的基础上，研究了SAL系统研制的关键技术；比较了SAL和合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）的优缺点；提出了在军事上利用SAL和SAR技术联合检测军事目标，具有重大的军事和民用意义，最后分析了其优越性。

基于逆合成孔径成像激光雷达的自旋小目标成像系统

为了获得毫米级自旋小目标的清晰成像,采用逆合成孔径成像激光雷达技术设计了基于距离向数据与方位向数据相融合的图像重建系统。系统采用大带宽、窄线宽光纤激光器配合调制器实现激光脉冲的线性调频,利用光外差原理对回波信号进行采集处理。结合自旋目标的运动特性,给出了含有自旋分量的回波信号函数方程,并将该分量引入传统的R-D算法中实现了对自旋目标的ISAIL二维图像的重建。实验采用毫米级铝条构成被测小目标,通过步进电机及带倾角的转台完成运动及自旋模拟。实验结果显示,当目标固定时,可通过回波能量数据获得一维距离向图像,与被测目标的4个特征点位置一致。当目标运动时,通过数据压缩并代入自旋参量,最后通过R-D算法可以获得可识别的ISAIL二维图像,验证了系统符合自旋小目标成像的设计要求。

激光陀螺POS惯性数据滤波及时延补偿

激光陀螺作为位置姿态测量系统(POS)的核心传感器,其精度直接决定激光陀螺POS系统精度,围绕机抖激光陀螺信号去噪的需求,基于FIR滤波器建模的方法,设计了FIR数字低通滤波器;针对滤波器导致的信号延迟问题,根据FIR数字滤波器群延迟特性建模,提出了激光陀螺POS数据时延补偿方法。静态实验结果表明,设计的FIR数字低通滤波器降低了激光陀螺抖动噪声功率达80dB。进一步通过飞行实验表明,提出的方法降低了激光陀螺POS系统姿态角误差,与POS/AV510相比航向角误差由0.017°降低到0.01°,俯仰角误差由0.007°降低到0.005°,横滚角误差由0.016°降低到0.005°,满足了机载InSAR对激光陀螺POS精度要求。

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率。为解决这一问题,提出一种新体制雷达——逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像。分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案。仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像。

激光雷达相干成像原理及其研究的若干问题

总结了激光雷达相干成像技术研究现状和进展,根据激光相干成像一般原理,针对2种最新激光雷达即距离高分辨多普勒和合成孔径相干成像技术,给出其系统技术框架和成像效果。分析了激光雷达相干成像特点及系统设计所必须解决的技术难点,指出解决问题的方案和注意问题,为我国进一步开展空间、空中和地基平台激光雷达相干成像试验研究和理论仿真奠定预先技术支持。

机载InSAR运动补偿用激光陀螺位置姿态系统

位置姿态系统(position and orientation system,POS)是机载干涉合成孔径雷达(interferential synthetic aperture radar,InSAR)提高对地观测成像质量的关键装置,围绕机载InSAR运动误差补偿的需求,分析了机抖激光陀螺惯性测量系统(inertialmeasurement unit,IMU)的尺寸效应,设计了一种轻小型、对称八点减振的惯性敏感组件结构;设计了基于DSP+FPGA硬件方案的数据采集及预处理模块,提出了基于滤波器建模的时延补偿方法,研制成功一种高分辨率机载对地观测系统用小型高精度激光陀螺POS样机。实验室静态、车载以及飞行试验结果表明该系统纯惯性导航误差分别为0.196 nmile/h、0.659 nmile/h和0.681 nmile/h,满足了机载InSAR 0.5 m高程精度需求。

新体制成像激光雷达发展评述

概述成像激光雷达的军事应用前景及其对成像激光雷达的性能要求,重点论述几种新体制成像激光雷达(包括基于光学相控阵的电扫描成像激光雷达、非扫描3D成像激光雷达和合成孔径成像激光雷达)研究工作的新进展。

新体制军用激光雷达成像技术

激光雷达成像技术广泛地应用于武器、航空、航天等领域,发挥了越来越重要的作用。本文根据国内外激光雷达技术研究的最新进展,对非扫描激光成像雷达、多光谱激光成像雷达、激光合成孔径雷达、激光相控阵雷达、闪光成像激光雷达等新体制激光雷达分别进行了详细的介绍。

高分辨率合成孔径激光雷达关键技术分析

本文从提高分辨率的角度,详细介绍了合成孔径激光雷达系统采用的线性调频技术、解线频调技术、参考通道技术、相干探测技术、平衡接收技术等关键技术。通过分析了这些技术的主要特点和实施条件,指出了需要进一步深入研究的问题,以期为合成孔径激光雷达系统的设计和研发提供参考。

面向激光探测的精密光机系统研制及应用

面向激光探测需求,创建了涵盖“光学设计-结构设计-元件制造-装调集成-性能评价和应用”的精密光机系统全环节研发平台。发展了“光学设计-结构设计-力热学设计”高效耦合的综合设计方法,建立了基于光机误差分解的精密装配集成方法,形成了透射光学系统定心装调、反射光学系统的高精度集成装配流程和技术,配备了光学系统波前和成像性能检测仪器,支撑了多种复杂功能的精密光机系统的研制。本文全面梳理了同济大学面向激光探测需求的精密光机系统和仪器研制方面的科研工作,针对我国“星光Ⅲ”强激光装置的探测需求,研制了首套联合视频合成孔径雷达和扫描光学高温计的主被动复合诊断装置和辐射高温光学测量系统,共同为“星光Ⅲ”开展超高压物态方程实验提供了技术支撑与诊断测试手段。面向海环境下目标与环境激光散射特性的测量需求,研制了发散光激光雷达散射截面测量装置和双功能平行光LRCS激光测量装置,实现了模拟海环境下标准散射体与海环境的激光散射特性的精确测量,为超低空激光雷达研制提供了数学模型和实验数据。

基于ISAIL的空间小目标成像系统设计与仿真

为了实现对空间小目标的毫米级成像,设计了基于转台模型的逆合成孔径成像激光雷达系统,实现了距离向和方位向的数据融合并完成了模拟目标的2维图像重建.系统采用窄线宽光纤激光器、大带宽电光调制器完成了对激光脉冲的线性调频,并利用外差干涉的原理提高了回波信号的信噪比.结合空间小目标的运动特性,推演了含有旋转分量的激光雷达回波信号方程.在R-D算法中代入旋转分量完成图像重建的校正,实现了对模拟空间小目标的2维图像重建.实验用毫米级铝条模拟空间小目标,用步进电机使转台匀速旋转,模拟目标旋转过程.实验结果显示:当目标固定时通过回波能量即可获得1维距离向图像,峰值位置与真实目标的特征位置一致;当目标运动时通过数据压缩、R-D算法及旋转分量的校正可获得模拟小目标ISAIL的2维重建图像,验证了系统可实现对毫米级模拟小目标的图像重建.

合成孔径激光雷达技术及现状

介绍了一种新体制激光雷达——合成孔径激光雷达,简述了它的工作原理,对比分析了它的优势,重点阐述了合成孔径激光雷达的关键技术及其面临的技术难题,同时也介绍了合成孔径激光雷达的研制现状,并对我国合成孔径激光雷达的研制提出了建议。

一种适合逆合成孔径激光雷达的成像算法

逆合成孔径激光雷达是主动式有源成像雷达,能够实现高速运动物体的实时高分辨成像。但传统R-D算法很难得到目标的二维高分辨图像。提出一种适合逆合成孔径激光雷达成像的算法,通过时频分析法分析逆合成孔径激光雷达的回波信号特征,对光外差探测后的回波信号进行重排Wigner分布和Radon变换的处理,估计出目标的运动速度,通过构造有效的补偿因子,实现对目标的二维高分辨率成像。通过仿真实验得到了分辨率更高的图像,验证了此方法的有效性。

大气散射对合成孔径激光雷达回波信噪比的影响

回波信号功率是影响雷达探测分辨率的重要因素。结合大气散射对激光传输的影响,建立了波长为200~1 200 nm的激光传输中大气散射衰减的数学模型,并对该模型进行了仿真分析,得出激光大气传输过程中大气散射作用对激光衰减及其回波信噪比影响的规律。