合成孔径激光成像雷达原理和系统(光学前沿研究与应用丛书)

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2020-01
版次: 1
ISBN: 9787547846964
定价: 168.00
装帧: 精装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 381页
字数: 440千字
分类: 童书
  • 本书系统论述了合成孔径激光成像雷达的基本原理和系统实现。从光学视角对合成孔径激光成像雷达进行了重新解释,更加接近合成孔径激光成像雷达的本质,便于光学和激光专业人员认识和理解。理论上论述了合成孔径激光成像雷达统一的数据收集过程、工作模式;提出了双向环路收发光路,可以解决传统雷达近场成像的难题;介绍了合成孔径激光成像雷达独有的滑动聚束成像模式;分析了激光散斑对合成孔径激光雷达成像的影响。本书可供激光成像相关专业的学生及科研工作者、工程技术人员参考。     刘立人,中国科学院上海光学精密机械研究所研究员、博士生导师、德国自然科学博士、美国光学学Fellow。曾任任中科院空间激光通信和检验技术重点实验室学术委员会会主任、《光学学报》执行主编、两届国家自然科学基金委咨询委员。作为第一或合作作者发表国内外期刊论文和国际会议报告约1000篇,为美国Applied Optics 创刊50周年评选的前50名最多论文作者之一。曾获得上海市科技进步一等奖、1995年上海市十大科技精英提名奖等多项奖励。培养博士和硕士生约100名,1人获吴健雄物理奖。 第1章合成孔径激光成像雷达导论1



    1.1概述1



    1.2侧视合成孔径激光成像雷达5



    1.2.1光纤发射和接收结构的啁啾侧视SAIL系统的突破和发展7



    1.2.2望远镜发射和接收结构的啁啾侧视SAIL系统的发展14



    1.2.3伪随机编码侧视SAIL的发展18



    1.3直视合成孔径激光成像雷达18



    参考文献21



    第2章合成孔径激光成像雷达的数理基础和关键子系统24



    2.1光束传播理论24



    2.2光学天线理论和结构25



    2.2.1基于衍射的光学发射天线26



    2.2.2基于成像的光学发射天线27



    2.2.3离焦望远镜接收天线30



    2.2.4双向环路发射接收望远镜33



    2.3光学相干探测及方向性函数41



    2.3.1光学外差探测及其方向性函数41



    2.3.2偏振干涉自差接收探测46



    2.4成像算法46



    2.4.1一维傅里叶变换和一维匹配滤波47



    2.4.2二维傅里叶变换成像算法49



    参考文献57



    第3章线性调频侧视合成孔径激光成像雷达59



    3.1线性调频侧视SAIL的基本原理和结构59



    3.2合成孔径激光成像雷达的数据收集过程60



    3.2.1矩形孔径SAIL61



    3.2.2圆孔径SAIL的成像分辨率及影响因素分析65



    3.2.3交轨向成像分辨率分析69



    3.3合成孔径激光成像雷达工作模式71



    3.3.1统一工作模式的二维数据收集方程73



    3.3.2基本工作模式分解76



    参考文献79



    第4章伪随机相位编码侧视合成孔径激光成像雷达81



    4.1引言81



    4.2伪随机相位编码侧视SAIL原理81



    4.3伪随机相位编码SAIL的多普勒影响分析92



    4.4伪随机相位编码SAIL的验证94



    参考文献97



    第5章直视合成孔径激光成像雷达98



    5.1引言98



    5.2直视SAIL基本原理98



    5.2.1直视合成孔径激光成像雷达的一般性结构99



    5.2.2信息获取过程102



    5.2.3信息处理过程106



    5.2.4分析和讨论106



    5.3直视SAIL的正交偏振双通道波面变换发射器109



    5.3.1交轨向双透镜平移调制方式111



    5.3.2交轨向单透镜转动方式114



    5.3.3交轨向单棱镜转动方式117



    5.3.4交轨向单反射镜偏转方式119



    5.3.5交轨向单倾斜镜旋转方式121



    5.4直视合成孔径激光成像雷达工作模式124



    5.4.1条带扫描模式124



    5.4.2静态扫描模式124



    5.4.3聚束/滑动聚束模式132



    参考文献143



    第6章合成孔径激光成像雷达关键问题145



    6.1回波信号复数化145



    6.1.1光频复数化方法145



    6.1.2数字域复数化方法148



    6.2初始相位同步149



    6.2.1侧视SAIL初始相位同步149



    6.2.2直视SAIL初始相位同步150



    6.3目标退偏振效应151



    6.3.1侧视外差平衡探测152



    6.3.2直视自差平衡探测152



    6.3.3直视自差平衡探测偏振影响的克服154



    6.4大气信道的影响155



    6.4.1大气消光效应的影响156



    6.4.2等晕角区域的限制156



    6.4.3复图像与调制传输函数157



    6.4.4系综平均的调制传输函数和分辨率158



    6.4.5湍流引入相位误差159



    6.5直视SAIL的交轨向正弦调制的非线性影响163



    6.5.1准几何光学法相位函数的光学傅里叶变换方法163



    6.5.2正弦调制的线性和非线性近似条件分析168



    6.5.3三次相位项交轨向成像分辨率加宽效应的分析169



    6.5.4顺轨向相位二次项多普勒效应及其补偿171



    参考文献173



    第7章合成孔径激光成像雷达的时间和空间频谱174



    7.1侧视SAIL的时间和空间频谱174



    7.1.1侧视啁啾SAIL交轨向的频谱分布174



    7.1.2侧视伪随机相位编码SAIL交轨向的频谱分布175



    7.2直视SAIL的时间和空间频谱178



    7.2.1透射式交轨向双柱面透镜平移调制178



    7.2.2透射式单透镜转动182



    7.2.3透射式单棱镜转动184



    7.2.4反射式交轨向单反射镜偏转186



    7.2.5反射式交轨向单倾斜镜旋转187



    7.3空间域顺轨向空间带宽189



    7.3.1侧视SAIL189



    7.3.2直视SAIL190



    7.4侧视SAIL和直视SAIL频谱的比较190



    参考文献190



    第8章合成孔径激光成像雷达的信噪比192



    8.1SAIL信号采集和处理192



    8.1.1直视SAIL的信号采集和处理192



    8.1.2侧视SAIL的信号采集和处理198



    8.2噪声功率谱202



    8.3SAIL成像的信噪比205



    8.3.1直视SAIL信噪比205



    8.3.2侧视SAIL信噪比206



    8.4数据采样的傅里叶变换影响207



    8.5讨论208



    参考文献208



    第9章SAIL的激光散斑效应210



    9.1引言210



    9.2SAIL时空散斑特性212



    9.2.1目标面反射散射场特性212



    9.2.2合成孔径激光成像雷达散斑的相干特性和平均尺寸213



    9.2.3侧视SAIL接收面的激光散斑的波长特性217



    9.2.4光学接收天线散斑孔径积分场的相干函数219



    9.2.5侧视和直视SAIL的光学接收天线散斑孔径积分的相干函数225



    9.2.6理想散斑下的侧视和直视SAIL的(顺轨向)成像起伏特性230



    9.3抑制激光散斑效应方法233



    9.3.1滑动聚束模式233



    9.3.2多发射/多接收/多波长的多通道结构235



    9.4小结238



    参考文献238



    第10章合成孔径激光成像雷达光学成像处理240



    10.1基于二维傅里叶变换的光学成像处理240



    10.1.1二维傅里叶变换光学处理器240



    10.1.2SAIL二维傅里叶变换光学处理验证246



    10.2基于单像散透镜的光学成像处理249



    10.2.1基于单个实像散透镜的SAIL光学处理器249



    10.2.2基于单个虚柱面透镜的光学处理器258



    10.3基于光折变全息的光学并行成像处理261



    10.3.1Fe: LiNbO3晶体波面记录273



    10.3.2基于Fe: LiNbO3晶体的SAIL光学像重建275



    10.4直视SAIL的光学成像处理277



    参考文献279



    第11章合成孔径激光成像雷达的实验室调试和性能验证281



    11.1SAIL综合测试平台281



    11.1.1侧视SAIL的综合测试平台281



    11.1.2直视SAIL的综合测试平台287



    11.2SAIL的调试和性能验证290



    11.2.1尺度缩小侧视SAIL的二维成像实验290



    11.2.2大口径侧视SAIL演示样机及其实验室验证292



    11.2.3侧视SAIL原理样机外场实验295



    11.2.4直视SAIL的实验室调试和成像验证298



    11.2.5直视SAIL的外场实验300



    11.2.6不同天气对直视SAIL的成像影响实验304



    11.2.7直视SAIL的飞行验证实验307



    11.2.8直视SAIL飞行试验姿态扰动补偿312



    11.2.9直视SAIL的远程成像实验319



    11.2.10直视逆SAIL外场成像试验321



    参考文献327



    第12章其他合成孔径激光成像雷达329



    12.1菲涅耳望远镜全孔径合成的成像激光雷达329



    12.1.1基本原理331



    12.1.2实验室验证336



    12.2自干涉3D成像雷达339



    12.2.1自干涉直视SAIL的结构340



    12.2.2信息获取和处理过程341



    12.3非相干合成孔径激光成像雷达350



    12.3.1非相干合成孔径激光成像雷达原理351



    12.3.2聚束非相干合成孔径激光成像雷达成像验证362



    参考文献367



    附录370



    附录A稳相法一维相位函数的傅里叶变换近似求解370



    附录B匹配滤波算法376



    索引377
  • 内容简介:
    本书系统论述了合成孔径激光成像雷达的基本原理和系统实现。从光学视角对合成孔径激光成像雷达进行了重新解释,更加接近合成孔径激光成像雷达的本质,便于光学和激光专业人员认识和理解。理论上论述了合成孔径激光成像雷达统一的数据收集过程、工作模式;提出了双向环路收发光路,可以解决传统雷达近场成像的难题;介绍了合成孔径激光成像雷达独有的滑动聚束成像模式;分析了激光散斑对合成孔径激光雷达成像的影响。本书可供激光成像相关专业的学生及科研工作者、工程技术人员参考。
  • 作者简介:
        刘立人,中国科学院上海光学精密机械研究所研究员、博士生导师、德国自然科学博士、美国光学学Fellow。曾任任中科院空间激光通信和检验技术重点实验室学术委员会会主任、《光学学报》执行主编、两届国家自然科学基金委咨询委员。作为第一或合作作者发表国内外期刊论文和国际会议报告约1000篇,为美国Applied Optics 创刊50周年评选的前50名最多论文作者之一。曾获得上海市科技进步一等奖、1995年上海市十大科技精英提名奖等多项奖励。培养博士和硕士生约100名,1人获吴健雄物理奖。
  • 目录:
    第1章合成孔径激光成像雷达导论1



    1.1概述1



    1.2侧视合成孔径激光成像雷达5



    1.2.1光纤发射和接收结构的啁啾侧视SAIL系统的突破和发展7



    1.2.2望远镜发射和接收结构的啁啾侧视SAIL系统的发展14



    1.2.3伪随机编码侧视SAIL的发展18



    1.3直视合成孔径激光成像雷达18



    参考文献21



    第2章合成孔径激光成像雷达的数理基础和关键子系统24



    2.1光束传播理论24



    2.2光学天线理论和结构25



    2.2.1基于衍射的光学发射天线26



    2.2.2基于成像的光学发射天线27



    2.2.3离焦望远镜接收天线30



    2.2.4双向环路发射接收望远镜33



    2.3光学相干探测及方向性函数41



    2.3.1光学外差探测及其方向性函数41



    2.3.2偏振干涉自差接收探测46



    2.4成像算法46



    2.4.1一维傅里叶变换和一维匹配滤波47



    2.4.2二维傅里叶变换成像算法49



    参考文献57



    第3章线性调频侧视合成孔径激光成像雷达59



    3.1线性调频侧视SAIL的基本原理和结构59



    3.2合成孔径激光成像雷达的数据收集过程60



    3.2.1矩形孔径SAIL61



    3.2.2圆孔径SAIL的成像分辨率及影响因素分析65



    3.2.3交轨向成像分辨率分析69



    3.3合成孔径激光成像雷达工作模式71



    3.3.1统一工作模式的二维数据收集方程73



    3.3.2基本工作模式分解76



    参考文献79



    第4章伪随机相位编码侧视合成孔径激光成像雷达81



    4.1引言81



    4.2伪随机相位编码侧视SAIL原理81



    4.3伪随机相位编码SAIL的多普勒影响分析92



    4.4伪随机相位编码SAIL的验证94



    参考文献97



    第5章直视合成孔径激光成像雷达98



    5.1引言98



    5.2直视SAIL基本原理98



    5.2.1直视合成孔径激光成像雷达的一般性结构99



    5.2.2信息获取过程102



    5.2.3信息处理过程106



    5.2.4分析和讨论106



    5.3直视SAIL的正交偏振双通道波面变换发射器109



    5.3.1交轨向双透镜平移调制方式111



    5.3.2交轨向单透镜转动方式114



    5.3.3交轨向单棱镜转动方式117



    5.3.4交轨向单反射镜偏转方式119



    5.3.5交轨向单倾斜镜旋转方式121



    5.4直视合成孔径激光成像雷达工作模式124



    5.4.1条带扫描模式124



    5.4.2静态扫描模式124



    5.4.3聚束/滑动聚束模式132



    参考文献143



    第6章合成孔径激光成像雷达关键问题145



    6.1回波信号复数化145



    6.1.1光频复数化方法145



    6.1.2数字域复数化方法148



    6.2初始相位同步149



    6.2.1侧视SAIL初始相位同步149



    6.2.2直视SAIL初始相位同步150



    6.3目标退偏振效应151



    6.3.1侧视外差平衡探测152



    6.3.2直视自差平衡探测152



    6.3.3直视自差平衡探测偏振影响的克服154



    6.4大气信道的影响155



    6.4.1大气消光效应的影响156



    6.4.2等晕角区域的限制156



    6.4.3复图像与调制传输函数157



    6.4.4系综平均的调制传输函数和分辨率158



    6.4.5湍流引入相位误差159



    6.5直视SAIL的交轨向正弦调制的非线性影响163



    6.5.1准几何光学法相位函数的光学傅里叶变换方法163



    6.5.2正弦调制的线性和非线性近似条件分析168



    6.5.3三次相位项交轨向成像分辨率加宽效应的分析169



    6.5.4顺轨向相位二次项多普勒效应及其补偿171



    参考文献173



    第7章合成孔径激光成像雷达的时间和空间频谱174



    7.1侧视SAIL的时间和空间频谱174



    7.1.1侧视啁啾SAIL交轨向的频谱分布174



    7.1.2侧视伪随机相位编码SAIL交轨向的频谱分布175



    7.2直视SAIL的时间和空间频谱178



    7.2.1透射式交轨向双柱面透镜平移调制178



    7.2.2透射式单透镜转动182



    7.2.3透射式单棱镜转动184



    7.2.4反射式交轨向单反射镜偏转186



    7.2.5反射式交轨向单倾斜镜旋转187



    7.3空间域顺轨向空间带宽189



    7.3.1侧视SAIL189



    7.3.2直视SAIL190



    7.4侧视SAIL和直视SAIL频谱的比较190



    参考文献190



    第8章合成孔径激光成像雷达的信噪比192



    8.1SAIL信号采集和处理192



    8.1.1直视SAIL的信号采集和处理192



    8.1.2侧视SAIL的信号采集和处理198



    8.2噪声功率谱202



    8.3SAIL成像的信噪比205



    8.3.1直视SAIL信噪比205



    8.3.2侧视SAIL信噪比206



    8.4数据采样的傅里叶变换影响207



    8.5讨论208



    参考文献208



    第9章SAIL的激光散斑效应210



    9.1引言210



    9.2SAIL时空散斑特性212



    9.2.1目标面反射散射场特性212



    9.2.2合成孔径激光成像雷达散斑的相干特性和平均尺寸213



    9.2.3侧视SAIL接收面的激光散斑的波长特性217



    9.2.4光学接收天线散斑孔径积分场的相干函数219



    9.2.5侧视和直视SAIL的光学接收天线散斑孔径积分的相干函数225



    9.2.6理想散斑下的侧视和直视SAIL的(顺轨向)成像起伏特性230



    9.3抑制激光散斑效应方法233



    9.3.1滑动聚束模式233



    9.3.2多发射/多接收/多波长的多通道结构235



    9.4小结238



    参考文献238



    第10章合成孔径激光成像雷达光学成像处理240



    10.1基于二维傅里叶变换的光学成像处理240



    10.1.1二维傅里叶变换光学处理器240



    10.1.2SAIL二维傅里叶变换光学处理验证246



    10.2基于单像散透镜的光学成像处理249



    10.2.1基于单个实像散透镜的SAIL光学处理器249



    10.2.2基于单个虚柱面透镜的光学处理器258



    10.3基于光折变全息的光学并行成像处理261



    10.3.1Fe: LiNbO3晶体波面记录273



    10.3.2基于Fe: LiNbO3晶体的SAIL光学像重建275



    10.4直视SAIL的光学成像处理277



    参考文献279



    第11章合成孔径激光成像雷达的实验室调试和性能验证281



    11.1SAIL综合测试平台281



    11.1.1侧视SAIL的综合测试平台281



    11.1.2直视SAIL的综合测试平台287



    11.2SAIL的调试和性能验证290



    11.2.1尺度缩小侧视SAIL的二维成像实验290



    11.2.2大口径侧视SAIL演示样机及其实验室验证292



    11.2.3侧视SAIL原理样机外场实验295



    11.2.4直视SAIL的实验室调试和成像验证298



    11.2.5直视SAIL的外场实验300



    11.2.6不同天气对直视SAIL的成像影响实验304



    11.2.7直视SAIL的飞行验证实验307



    11.2.8直视SAIL飞行试验姿态扰动补偿312



    11.2.9直视SAIL的远程成像实验319



    11.2.10直视逆SAIL外场成像试验321



    参考文献327



    第12章其他合成孔径激光成像雷达329



    12.1菲涅耳望远镜全孔径合成的成像激光雷达329



    12.1.1基本原理331



    12.1.2实验室验证336



    12.2自干涉3D成像雷达339



    12.2.1自干涉直视SAIL的结构340



    12.2.2信息获取和处理过程341



    12.3非相干合成孔径激光成像雷达350



    12.3.1非相干合成孔径激光成像雷达原理351



    12.3.2聚束非相干合成孔径激光成像雷达成像验证362



    参考文献367



    附录370



    附录A稳相法一维相位函数的傅里叶变换近似求解370



    附录B匹配滤波算法376



    索引377
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