基于优化算法的逆合成孔径激光雷达脉冲内相位误差补偿方法

本文提出了一种基于优化算法的逆合成孔径激光雷达（ISAL）脉冲内相位误差补偿方法。通过参考通道数据，结合最小熵原理和先进优化技术估计相位误差补偿系数，有效解决了星载平台极端环境导致的激光信号相位误差问题。仿真和实验表明，该方法能显著改善距离像散焦现象，并在不同目标距离下保持稳定补偿性能，为未来星载ISAL成像提供了简单、鲁棒且高效的解决方案。

　　

Highlight

数学建模

脉冲内相位误差可视为影响理想单脉冲激光信号的时变相位因子。若ISAL系统调制传输阶段引入的相位误差记为φ(t)，则含误差的单脉冲信号模型可通过理想线性调频（LFM）信号乘以exp[jφ(t)]得到：

s(t)=rect(t/T_p)exp[j2π(f₀t+0.5Kt²+φ(t))]

其中t为快时间，f₀为中心频率，K为调频斜率，T_p为脉宽。

相位误差对距离成像的影响

为评估不同阶次相位误差对成像质量的影响，我们分析了含二阶、三阶和四阶相位误差的单点ISAL系统距离成像。图3显示，当相位误差系数分别达到a₂=5×10^-12、a₃=1×10^-16和a₄=5×10^-21时，距离像出现明显展宽和旁瓣抬升，验证了高阶误差对成像质量的破坏性影响。

成像实验与分析

为验证方法有效性，搭建了含参考通道的ISAL成像系统（图9）。该通道既能捕获自差频信号用于相位误差系数估计，又可作为系统状态实时监测"窗口"。实验对6米和30米处目标成像，采用500个脉冲（单脉冲20μs），经补偿后距离像3dB带宽在参考通道和目标通道分别降低>60%和>50%。

结论

本研究提出的基于优化算法的脉冲内相位误差补偿方法，通过参考通道数据实现了对调频激光信号相位误差的有效校正。实验证明该方法能显著提升ISAL距离像质量，为星载平台超远距离成像提供了关键技术支撑。