基于干涉合成孔径激光雷达三维成像算法的研究[范文]

         干涉合成孔径激光雷达（InSAL, Interferometric Synthetic Aperture Ladar）是一种通过合成孔径技术以及干涉法获得目标三维信息的激光雷达，在军事与国防领域方面都有着重大的研究价值。InSAL图像处理算法可以实现干涉图到目标高程信息的转换。当前InSAL系统大都为了获得高分辨率增加了修正波长调制误差的部分使得系统整体较为复杂，而且干涉合成孔径雷达（InSAR, Interferometric Synthetic Aperture Radar）算法在InSAL系统的直接移植存在精度低的问题。对系统进行优化有利于在特定的环境下减小系统的体积与重量，而对算法的优化有利于InSAL系统成像获得更高的精度；本文完成了InSAL系统的优化，可以解决当前InSAL系统体积、重量大的问题；改进了处理算法提高了成像精度，并通过实验进行了验证。

本论文首先综述分析了合成孔径雷达三维成像领域的国内外动态。目前国内外在雷达系统方面，对于InSAL三维成像的实验室验证已经实现，而且相关研究主要集中在目标高程信息获取的多种方式的研究。在算法优化方面，对于InSAR的处理算法研究较为深入，研究范围涵盖了诸如相位误差、电离层影响、解缠效率低等。

首先本论文针对在特定的应用背景下，对雷达的体积和重量提出了要求，而当前InSAL系统大都较为复杂的问题，设计了一种优化的InSAL系统结构，通过调制器加载线性调频信号，省去了因为调制波长所导致的误差修正步骤，并分析了该系统的分辨率与信噪比特性，结果表明可以在保证识别目标的分辨率与信噪比的条件下，实现系统重量与体积的减小。

然后本文针对传统InSAR图像配准算法配准InSAL图像精度低的问题，分析了InSAL系统中散粒噪声和热噪声对传统配准算法的影响以及各种配准测度的特性，研究了平均波动函数法以及谱配准法的配准方法并进行仿真分析。进一步，分析了InSAR系统与InSAL系统在系统噪声方面的差别，提出了一种基于谱配准法与最大相关函数法的改进的谱配准算法，并进行了仿真实验，结果表明这种改进的谱配准算法的配准精度提高了1.43%。而在配准速度上也有所提高。

之后本文针对散粒噪声与热噪声影响传统相位解缠算法精度的问题，分析了质量引导解缠法、最小范数法以及基于网络规划解缠法等理论，进行了仿真实验研究了三种算法处理InSAL干涉图的解缠效果，仿真结果表明与其他两种算法相比，质量引导相位解缠算法对InSAL干涉图的解缠效果更好，并发现这种算法解缠结果存在的不均匀误差的问题。针对这一问题，提出了基于区域滤波的质量引导相位解缠算法优化方法，给出了区域滤波的具体实现方式并进行了仿真实验，仿真结果表明区域滤波质量引导相位解缠法可以有效降低相位误差20.86%。

最后搭建实验系统并进行验证性实验。分析可能影响实验的设备参数并选取合适的仪器与设备，结合优化后的InSAL系统搭建实验系统。通过实验证明了优化的InSAL系统的可行性，以及改进的谱配准算法和区域滤波质量引导相位解缠算法优化的有效性。

关键词：合成孔径激光雷达；干涉测量；系统优化；图像配准；相位解缠；

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