直线轨迹非相干合成孔径激光雷达算法研究

摘要

非相干合成孔径激光雷达将聚束模式合成孔径激光雷达的探测模型与计算机层析成像的数据处理方法相结合，实现了远距离的高分辨率成像，降低了合成孔径激光雷达的硬件实施难度。由于计算机层析技术的限制，目前的研究主要集中于圆周探测模式，为扩展其应用范围，本文将对直线探测模式下的成像算法进行研究，通过理论分析和仿真验证的方法讨论适用于直线轨迹模式的成像算法。
　　本文首先对传统的成像算法进行了研究，对BP算法、FBP算法和ART算法进行仿真成像实验，对比分析了几种算法的成像性能，讨论了传统算法的局限性。针对采样角度范围不足产生的图像畸变问题，利用多路径探测的工作模式进行改进，改善了传统算法的成像性能。
　　本文探讨了压缩感知理论应用于直线轨迹非相干合成孔径激光雷达中的可行性，对GPSR算法和POCS-TV算法进行了仿真成像。与传统算法相比，压缩感知理论能够有效的降低成像所需数据量，并能够抑制采样角度范围不足产生的畸变现象。对GPSR算法的成像模型进行优化，对比分析了GPSR算法和POCS-TV算法的成像性能。
　　本文对适用于直线轨迹的压缩感知求解模型和成像算法进行了进一步研究。对直线探测模式中产生图像畸变的原因进行分析，建立了适用于直线轨迹模式的求解模型。给出了适用于该模型的求解算法，并对算法的成像性能进行分析。讨论了ART算法的数据一致性约束作用对压缩感知成像结果的影响。在此基础上，提出了基于ART辅助的GPSR-V+TV-H算法。分别在有噪声和无噪声的情况下，对算法进行仿真成像，验证了所提算法的优越性，并讨论了算法的适用范围。
　　通过理论分析和仿真实验，本文实现了直线轨迹非相干合成孔径激光雷达的高分辨率成像，完成了对直线轨迹非相干合成孔径激光雷达的初步探索。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 非相干合成孔径激光雷达基本原理与算法

2.1 非相干合成孔径激光雷达的基本原理

2.2 非相干合成孔径激光雷达成像算法

2.3 重建算法的仿真与分析

2.4 基于多路径探测的改进方法

2.5 本章小结

第3章 基于压缩感知的最优化求解算法

3.1 压缩感知的基本理论

3.2 压缩感知重建算法

3.3 压缩感知框架下的非相干合成孔径激光雷达成像

3.4 本章小结

第4章 适用于直线探测模式的成像模型及算法研究

4.1 基于纵向稀疏的成像模型

4.2 ART约束的压缩感知成像

4.3 基于ART辅助的压缩感知成像算法

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢