Abstract

The carrier-to-noise ratio that results from phase-sensitive heterodyne detection in a photon-limited synthetic-aperture ladar (SAL) is developed, propagated through synthetic-aperture signal processing, and combined with speckle to give the signal-to-noise ratio of the resultant image. Carrier- and signal-to-noise ratios are defined in such a way as to be familiar to the optical imaging community. Design equations are presented to show that a 10-µm SAL in orbit around Mars can give centimeter-class resolution with reasonable laser power. SAL is harder to implement in the short-wave infrared and is probably not practical at visible wavelengths unless many separate images can be averaged. Some tutorial information on phase-sensitive heterodyne detection and on synthetic-aperture signal processing and image formation is provided.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

Errata

Robert L. Lucke and Lee J Rickard, "Photon-limited synthetic-aperture imaging for planet surface studies: erratum," Appl. Opt. 42, 2766-2766 (2003)
https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-42-15-2766

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. C. Curlander, R. N. McDonough, Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing (Wiley, New York, 1991).
  2. C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, P. H. Eichel, D. C. Ghiglia, P. A. Thompson, Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach (Kluwer Academic, Boston, Mass., 1996).
    [CrossRef]
  3. R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
    [CrossRef]
  4. J. W. Goodman, “Synthetic aperture optics,” Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, London, 1970), Vol. VIII, Sec. 5.4, p. 36.
  5. T. J. Green, S. Marcus, B. D. Colella, “Synthetic-aperture-radar imaging with a solid-state laser,” Appl. Opt. 34, 6941–6949 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. S. Yoshikado, T. Aruga, “Short-range verification experiment of a trial one-dimensional synthetic aperture infrared laser radar operated in the 10-µm band,” Appl. Opt. 39, 1421–1425 (2000).
    [CrossRef]
  7. M. Bashkansky, R. L. Lucke, E. Funk, J. Reintjes, “Two-dimensional synthetic aperture imaging in optical domain,” Opt. Lett., submitted for publication.
  8. J. H. Shapiro, B. A. Capron, R. C. Harney, “Imaging and target detection with a heterodyne-reception optical radar,” Appl. Opt. 20, 3292–3313 (1981).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. D. Park, J. H. Shapiro, “Performance analysis of optical synthetic aperture radars,” in Laser Radar III, R. J. Becherer, ed. Proc. SPIE999, 100–116 (1988).
    [CrossRef]
  10. T. G. Kyle, “High resolution laser imaging system,” Appl. Opt. 28, 2651–2656 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
    [CrossRef]
  12. R. H. Kingston, Detection of Optical and Infrared Radiation (Springer-Verlag, New York, 1978), p. 27.
  13. P. J. Winzer, W. R. Leeb, “Coherent lidar at low signal powers: basic considerations on optical heterodyning,” J. Mod. Opt. 45, 1549–1555 (1998).
    [CrossRef]
  14. J. H. Shapiro, “Target-reflectivity theory for coherent laser radars,” Appl. Opt. 21, 3398–3407 (1982).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. J. W. Goodman, Statistical Optics (Wiley, New York, 1985).
  16. J. H. Shapiro, S. S. Wagner, “Phase and amplitude uncertainties in heterodyne detection,” IEEE J. Quantum Electron. QE-20, 803–813 (1984).
    [CrossRef]
  17. R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Clarendon, Oxford, 1983), Sec. 4.8.
  18. R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
    [CrossRef]
  19. J. Graf, R. Zurek, “The Mars Reconnaissance Orbiter mission,” presented as paper IAF-01-Q.3.a.07 at the 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, 1–5 October 2001 (available at the Linda Hall Library of Science, Engineering, and Technology, 5109 Cherry Street, Kansas City, Mo. 64110).
  20. R. L. Lucke, “Fourier-space properties of photon-limited noise in focal plane array data, calculated with the discrete Fourier transform,” J. Opt. Soc. Am. A 18, 777–790 (2001).
    [CrossRef]

2001 (1)

2000 (1)

1998 (1)

P. J. Winzer, W. R. Leeb, “Coherent lidar at low signal powers: basic considerations on optical heterodyning,” J. Mod. Opt. 45, 1549–1555 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

1992 (1)

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

1990 (1)

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

1989 (1)

1984 (1)

J. H. Shapiro, S. S. Wagner, “Phase and amplitude uncertainties in heterodyne detection,” IEEE J. Quantum Electron. QE-20, 803–813 (1984).
[CrossRef]

1982 (1)

1981 (1)

Abshier, J. O.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Accetta, J. S.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Aleksoff, C. C.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Allin, P. C.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Aruga, T.

Arvidson, R. E.

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

Austin, R. S.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Bashkansky, M.

M. Bashkansky, R. L. Lucke, E. Funk, J. Reintjes, “Two-dimensional synthetic aperture imaging in optical domain,” Opt. Lett., submitted for publication.

Berman, A. L.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Capron, B. A.

Chandlee, R. C.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Clark, J.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Colella, B. D.

Curlander, J. C.

J. C. Curlander, R. N. McDonough, Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing (Wiley, New York, 1991).

De Jong, E. M.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

DeCharon, A. V.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Eichel, P. H.

C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, P. H. Eichel, D. C. Ghiglia, P. A. Thompson, Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach (Kluwer Academic, Boston, Mass., 1996).
[CrossRef]

Fee, M.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Funk, E.

M. Bashkansky, R. L. Lucke, E. Funk, J. Reintjes, “Two-dimensional synthetic aperture imaging in optical domain,” Opt. Lett., submitted for publication.

Ghiglia, D. C.

C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, P. H. Eichel, D. C. Ghiglia, P. A. Thompson, Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach (Kluwer Academic, Boston, Mass., 1996).
[CrossRef]

Goodman, J. W.

J. W. Goodman, “Synthetic aperture optics,” Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, London, 1970), Vol. VIII, Sec. 5.4, p. 36.

J. W. Goodman, Statistical Optics (Wiley, New York, 1985).

Graf, J.

J. Graf, R. Zurek, “The Mars Reconnaissance Orbiter mission,” presented as paper IAF-01-Q.3.a.07 at the 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, 1–5 October 2001 (available at the Linda Hall Library of Science, Engineering, and Technology, 5109 Cherry Street, Kansas City, Mo. 64110).

Green, T. J.

Griffith, D. G.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Gunn, J. M.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Harney, R. C.

Hensley, S.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Jakowatz, C. V.

C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, P. H. Eichel, D. C. Ghiglia, P. A. Thompson, Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach (Kluwer Academic, Boston, Mass., 1996).
[CrossRef]

Johnson, W. T. K.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

Kingston, R. H.

R. H. Kingston, Detection of Optical and Infrared Radiation (Springer-Verlag, New York, 1978), p. 27.

Kirby, C. E.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Kooster, A.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Kyle, T. G.

Leeb, W. R.

P. J. Winzer, W. R. Leeb, “Coherent lidar at low signal powers: basic considerations on optical heterodyning,” J. Mod. Opt. 45, 1549–1555 (1998).
[CrossRef]

Leung, K. S.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Loudon, R.

R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Clarendon, Oxford, 1983), Sec. 4.8.

Lucke, R. L.

R. L. Lucke, “Fourier-space properties of photon-limited noise in focal plane array data, calculated with the discrete Fourier transform,” J. Opt. Soc. Am. A 18, 777–790 (2001).
[CrossRef]

M. Bashkansky, R. L. Lucke, E. Funk, J. Reintjes, “Two-dimensional synthetic aperture imaging in optical domain,” Opt. Lett., submitted for publication.

Lyons, D. T.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Majewski, R. M.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Marcus, S.

McDonough, R. N.

J. C. Curlander, R. N. McDonough, Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing (Wiley, New York, 1991).

Michaels, G. A.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Miller, J.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Morris, R. B.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Morrison, A. D.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Park, D.

D. Park, J. H. Shapiro, “Performance analysis of optical synthetic aperture radars,” in Laser Radar III, R. J. Becherer, ed. Proc. SPIE999, 100–116 (1988).
[CrossRef]

Peterson, L. M.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Pettengill, G. H.

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

Piereson, R. G.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Pieri, L.

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

Reintjes, J.

M. Bashkansky, R. L. Lucke, E. Funk, J. Reintjes, “Two-dimensional synthetic aperture imaging in optical domain,” Opt. Lett., submitted for publication.

Saunders, R. S.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

Schroeder, K. S.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Scott, J. F.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Shaffer, S. J.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Shapiro, J. H.

J. H. Shapiro, S. S. Wagner, “Phase and amplitude uncertainties in heterodyne detection,” IEEE J. Quantum Electron. QE-20, 803–813 (1984).
[CrossRef]

J. H. Shapiro, “Target-reflectivity theory for coherent laser radars,” Appl. Opt. 21, 3398–3407 (1982).
[CrossRef] [PubMed]

J. H. Shapiro, B. A. Capron, R. C. Harney, “Imaging and target detection with a heterodyne-reception optical radar,” Appl. Opt. 20, 3292–3313 (1981).
[CrossRef] [PubMed]

D. Park, J. H. Shapiro, “Performance analysis of optical synthetic aperture radars,” in Laser Radar III, R. J. Becherer, ed. Proc. SPIE999, 100–116 (1988).
[CrossRef]

Sjogren, W. L.

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

Slonski, J. P.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Spear, A. J.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Stofan, E. R.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Thai, A. M.

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

Thompson, P. A.

C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, P. H. Eichel, D. C. Ghiglia, P. A. Thompson, Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach (Kluwer Academic, Boston, Mass., 1996).
[CrossRef]

Thompson, T. W.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Wagner, S. S.

J. H. Shapiro, S. S. Wagner, “Phase and amplitude uncertainties in heterodyne detection,” IEEE J. Quantum Electron. QE-20, 803–813 (1984).
[CrossRef]

Wahl, D. E.

C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, P. H. Eichel, D. C. Ghiglia, P. A. Thompson, Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach (Kluwer Academic, Boston, Mass., 1996).
[CrossRef]

Wall, S. D.

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

Winzer, P. J.

P. J. Winzer, W. R. Leeb, “Coherent lidar at low signal powers: basic considerations on optical heterodyning,” J. Mod. Opt. 45, 1549–1555 (1998).
[CrossRef]

Yoshikado, S.

Zurek, R.

J. Graf, R. Zurek, “The Mars Reconnaissance Orbiter mission,” presented as paper IAF-01-Q.3.a.07 at the 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, 1–5 October 2001 (available at the Linda Hall Library of Science, Engineering, and Technology, 5109 Cherry Street, Kansas City, Mo. 64110).

Appl. Opt. (5)

IEEE J. Quantum Electron. (1)

J. H. Shapiro, S. S. Wagner, “Phase and amplitude uncertainties in heterodyne detection,” IEEE J. Quantum Electron. QE-20, 803–813 (1984).
[CrossRef]

J. Geophys. Res. (2)

R. S. Saunders, G. H. Pettengill, R. E. Arvidson, W. L. Sjogren, W. T. K. Johnson, L. Pieri, “The Magellan Venus Radar Mapping mission,” J. Geophys. Res. 95, 8339–8355 (1990).
[CrossRef]

R. S. Saunders, A. J. Spear, P. C. Allin, R. S. Austin, A. L. Berman, R. C. Chandlee, J. Clark, A. V. DeCharon, E. M. De Jong, D. G. Griffith, J. M. Gunn, S. Hensley, W. T. K. Johnson, C. E. Kirby, K. S. Leung, D. T. Lyons, G. A. Michaels, J. Miller, R. B. Morris, A. D. Morrison, R. G. Piereson, J. F. Scott, S. J. Shaffer, J. P. Slonski, E. R. Stofan, T. W. Thompson, S. D. Wall, “Magellan Mission Summary,” J. Geophys. Res. 97, 13,067–13,090 (1992).
[CrossRef]

J. Mod. Opt. (1)

P. J. Winzer, W. R. Leeb, “Coherent lidar at low signal powers: basic considerations on optical heterodyning,” J. Mod. Opt. 45, 1549–1555 (1998).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A (1)

Other (10)

J. W. Goodman, “Synthetic aperture optics,” Progress in Optics, E. Wolf, ed. (North-Holland, London, 1970), Vol. VIII, Sec. 5.4, p. 36.

J. C. Curlander, R. N. McDonough, Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing (Wiley, New York, 1991).

C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, P. H. Eichel, D. C. Ghiglia, P. A. Thompson, Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach (Kluwer Academic, Boston, Mass., 1996).
[CrossRef]

D. Park, J. H. Shapiro, “Performance analysis of optical synthetic aperture radars,” in Laser Radar III, R. J. Becherer, ed. Proc. SPIE999, 100–116 (1988).
[CrossRef]

M. Bashkansky, R. L. Lucke, E. Funk, J. Reintjes, “Two-dimensional synthetic aperture imaging in optical domain,” Opt. Lett., submitted for publication.

J. Graf, R. Zurek, “The Mars Reconnaissance Orbiter mission,” presented as paper IAF-01-Q.3.a.07 at the 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, 1–5 October 2001 (available at the Linda Hall Library of Science, Engineering, and Technology, 5109 Cherry Street, Kansas City, Mo. 64110).

R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Clarendon, Oxford, 1983), Sec. 4.8.

J. W. Goodman, Statistical Optics (Wiley, New York, 1985).

C. C. Aleksoff, J. S. Accetta, L. M. Peterson, A. M. Thai, A. Kooster, K. S. Schroeder, R. M. Majewski, J. O. Abshier, M. Fee, “Synthetic aperture imaging with a pulsed CO2 TEA laser,” in Laser Radar II, R. J. Becherer, R. C. Harney, eds., Proc. SPIE783, 29–40 (1987).
[CrossRef]

R. H. Kingston, Detection of Optical and Infrared Radiation (Springer-Verlag, New York, 1978), p. 27.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Distribution of measured values with N S 1/2 = 1, ϕ S = 0, for the ideal case σ′2 = 1/2(i.e., η d = η h = 1), showing 1 and 2 sigma contours. For the nonideal case, σ′2 is increased in accordance with Eq. (5). r exp(iϕ) represents a particular measurement taken from this distribution. r = n 1/2, where n is the number of signal photons inferred from the measurement (see text).

Fig. 2
Fig. 2

Number and phase uncertainties for phase-sensitive heterodyne detection. η d η h Δn = (2η d η h N S + 1)1/2. For N S = 0, Δϕ = π/3 and Δ sin ϕ = 1/2.

Fig. 3
Fig. 3

Side view of transmitted wave front encountering one range resolution element. Azimuthal resolution elements (pixels) are labeled 0 to M - 1 (see text). The transmitter is traveling to the left.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Contributions of M Pixels to a Single Measurement Multiplied by the Coefficients Cm* and Added (Vertically) to Yield the Output of the Phase History Matched Filter

Equations (32)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

P=area½ E exp2πift+iϕ2dxdy½ AdĒ2,
Ē=2hνNAdTpul1/2.
Id=ηdqehνarea ½ EL exp2πif0+f˙tt+ES exp2πif0+f˙t+Δtt+Δt+iϕS02dxdy =ηdqehν½ AdĒL2+½ AdĒS2+Adηh ĒL ĒS cos2π Δft+ϕS =qeηdNL+NSTpul+2qeηdηhNLNS1/2Tpul×cos2πΔft +ϕS,
DΔf=Tpul2Mm=02M-1 2qeηdηhNLNS1/2Tpul×cos2πΔftm+ϕSexp-2πiΔftm =qeηdηhNLNS1/2 expiϕS,
σ2=12ηdηh.
Varn=n2-n2=4s2σ2+4σ4 =4NSσ2+4σ4.
CNRIM=NS2NSηdηh+1ηd2ηh21/2ηdηhNS21/2 NS  1/ηdηh ηdηhNS NS  1/ηdηh,
CNRrf=NS2σ2=ηdηhNS=2CNRIM12,
PSNp=1N0exp-NpN0,
PTn=0 PNpnPSNpdNp,
n=0 nPTndn= 00 nPNpndnPSNpdNp=0Np+2σ2PSNpdNp =N0+2σ2
n2=00 n2PNpndnPSNpdNp =0Np2+8Npσ2+8σ4PSNpdNp =2N02+8N0σ2+8σ4=2N0+2σ22,
SNRSA=N0N0+1/ηdηh1 N0  1/ηdηh ηdηhN0 N0  1/ηdηh =½ N0=1/ηdηh.
SNRDD=N0N0+1/ηd1/21 N0  1/ηd ηdN0 N0  1/ηd =N0N0+11/2 ηd=1,
PRF=VNscp=3.5×1041Nsc0.1 mp×V3.5 km/spulses/s.
Δfch=c4p=0.750.1 mpGHz.
LSA=VTdw=NscF=λR2p.
DT=2Nscp=λRF=0.2λ2 μm10 mFR1000 kmm.
J=P2ρ cos θπW/sr,
PF=P2ρπ Ωηop=P2πDR2R2 ρηopW.
N0=52×1024 λPFTdwpF2=5×1024λ P4πDR2R2 ρηopλR2pVpF2=5×1024P8πλ2F2pDR2RV ρηop =11P1 kWλ2 μm210 mF2p0.1 m×DR1 m21000 kmR3.5 km/sVρ0.1×ηop0.5 photons.
N0=5×1024P8πpDT2DR2R3V ρηop,
Px, y=12πσ2exp-x-s2+y22σ2,
VarPx, yx-s2+y2=x-s2+y2=2σ2.
It=n=1ηdN qeδt-tn,
FTIt=0Tn=1ηdN qeδt-tnexp-2πiftdt =n=1ηdN qe exp-2πiftn.
σ2=qe2ηdN/2.
m=1M-1 A1CmCm-1*=A1m=1M-1expi 2πp2λRm-M22-m-1-M22 =A1m=1M-1expi 4πp2λRm-M+12,
4πp2λRM-1-M+12-1-M+12=4πp2λRM-2=2π-4πp2λR
4πMp2λR1-1M=2π,
p=λR2F,
p=DT2

Metrics