專利名稱：合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成孔徑激光成像雷達(dá)，特別是一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)。其構(gòu)成是由多個(gè)技術(shù)參數(shù)相同的光學(xué)接收機(jī)并列排布組成，單一光學(xué)接收機(jī)包括光學(xué)天線，光學(xué)外差探測器和圖像處理器，所有光學(xué)接收機(jī)的輸出圖像采用數(shù)字復(fù)合器進(jìn)行相干疊加或者非相干疊加，最終產(chǎn)生成孔徑激光成像雷達(dá)的目標(biāo)圖像輸出。多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)的等效光學(xué)天線接收面積相當(dāng)于各光學(xué)接收機(jī)天線面積之和，外差接收視場則等同于單一光學(xué)接收機(jī)的外差接收視場，同時(shí)光學(xué)接收機(jī)的間隔可以設(shè)置的很大而產(chǎn)生大跨度的接收天線尺度。因此本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑光學(xué)天線所具有的接收較大回波能量的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也具備單一光學(xué)接收機(jī)較小光學(xué)天線尺寸所具有較大外差接收視場的特點(diǎn)，克服了同時(shí)要求大接收面積與大外差接收視場時(shí)光學(xué)天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是跨度大的等效接收面能夠有效地克服激光散斑效應(yīng)。本多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也很容易與發(fā)射光學(xué)望遠(yuǎn)鏡天線組合成一個(gè)同軸的合成孔徑激光成像雷達(dá)光學(xué)接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
合成孔徑激光成像雷達(dá)(簡稱為光學(xué)SAR)是能夠在遠(yuǎn)距離得到厘米量級成像分辨率的唯一的光學(xué)成像觀察手段，其原理取之于射頻領(lǐng)域的合成孔徑雷達(dá)(簡稱為微波 SAR)原理，因?yàn)楣鈱W(xué)和微波的學(xué)科內(nèi)容完全不同，光學(xué)SAR和微波SAR的實(shí)施方法和關(guān)鍵技術(shù)也完全不同。合成孔徑激光成像雷達(dá)的天線采用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，光學(xué)天線用于激光光束發(fā)射時(shí)其發(fā)散角相當(dāng)于天線口徑的衍射角，光學(xué)天線用于光學(xué)外差接收時(shí)其接收視場角也相當(dāng)于天線口徑的衍射角，在一般情況的設(shè)計(jì)下光學(xué)接收天線與光學(xué)發(fā)射天線的口徑相同或者為同一個(gè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。參考下列文獻(xiàn)(I)A. E. Siegman,The antenna properties of optical heterodyne receivers, Proceedings ofThe IEEE，1966，54 (10)，1350-1356.(2) R. L. Lucke, M. Bashkansky, J. Reintjes, and F. Funk, Synthetic aperture ladar(SAL) !fundamental theory, design equations for a satellite system, and laboratorydemonstration, NRL/FR/7218-02-1O,051, Naval Research Laboratory, Dec. 26,2002.(3)劉立人，合成孔徑激光成像雷達(dá)(I)離焦和相位偏置望遠(yuǎn)鏡接收天線[J]，光學(xué)學(xué)報(bào)，2008，沘(5) :997-1000.(4)劉立人，合成孔徑激光成像雷達(dá)(II)空間相位偏置發(fā)射望遠(yuǎn)鏡[J]，光學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28 (6) :1197-1200.(5)劉立人，合成孔徑激光成像雷達(dá)(III)雙向環(huán)路發(fā)射接收望遠(yuǎn)鏡[J]，光學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28 (7) :1405-1410.
合成孔徑激光成像雷達(dá)的發(fā)射激光發(fā)散角和外差接收視場角共同作用在目標(biāo)面上的尺度或者面積稱為光學(xué)足址。合成孔徑激光成像雷達(dá)的設(shè)計(jì)上一般需要實(shí)現(xiàn)盡量大的光學(xué)足址，并且獲得盡量大的目標(biāo)回波能量，前者要求光學(xué)天線的孔徑足夠小，而后者要求光學(xué)天線的孔徑足夠大， 因此光學(xué)天線口徑大小的選擇在光學(xué)足址和回波接收能量之間存在內(nèi)在矛盾。應(yīng)當(dāng)注意， 合成孔徑激光成像雷達(dá)在數(shù)據(jù)收集過程中激光散斑效應(yīng)將造成目標(biāo)點(diǎn)回波的附加相位和振幅波動(dòng)，這將嚴(yán)重影響成像質(zhì)量，而減弱散斑效應(yīng)的重要途徑是增大接收孔徑的尺度，這又與大光學(xué)足址的需求產(chǎn)生矛盾。因此需要發(fā)明一種技術(shù)方案，其具有大能量接收能力的等效大尺度光學(xué)接收天線孔徑，但是同時(shí)具有小尺度光學(xué)天線孔徑的大的外差接收視場角，特別應(yīng)當(dāng)具有足夠大的等效天線跨度而有效地克服目標(biāo)回波的激光散斑效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)天線所具有的接收較大回波能量的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)，兼具單一光學(xué)接收機(jī)較小光學(xué)天線具有較大外差接收視場的特點(diǎn)，以克服同時(shí)要求大接收面積與大外差接收視場時(shí)光學(xué)天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是跨度大的等效接收面可以有效地減弱激光散斑效應(yīng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括多個(gè)技術(shù)參數(shù)相同的并列的光學(xué)接收機(jī)通道，所述的光學(xué)接收機(jī)通道由依次的光學(xué)天線主鏡、 光學(xué)外差探測器和圖像處理器構(gòu)成，所有光學(xué)接收機(jī)通道的輸出圖像由數(shù)字復(fù)合器進(jìn)行相干疊加或者非相干疊加，最終產(chǎn)生合成孔徑激光成像雷達(dá)的目標(biāo)圖像輸出。所述的多通道的光學(xué)接收機(jī)的光學(xué)天線主鏡位于同一個(gè)平面成矩陣排列，所述的光學(xué)天線主鏡的中心間隔Dint與目標(biāo)分辨單元決定的接收面激光散斑的平均尺寸
尉目當(dāng)，即Dint Sspe，其中λ為激光波長，Sd為目標(biāo)分辨單元尺度，R為雷達(dá)作
用距離。多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)的等效光學(xué)天線接收面積相當(dāng)于各光學(xué)接收機(jī)天線面積之和，外差接收視場等同于單一光學(xué)接收機(jī)的外差接收視場，同時(shí)光學(xué)接收機(jī)的間隔可以設(shè)置的很大。因此本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑光學(xué)天線所具有的接收較大回波能量的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也具備單一光學(xué)接收機(jī)較小光學(xué)天線具有較大外差接收視場的特點(diǎn)，克服了同時(shí)要求大接收面積與大外差接收視場時(shí)光學(xué)天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是跨度大的等效接收面可以有效地減弱激光散斑效應(yīng)。本多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也很容易與發(fā)射光學(xué)望遠(yuǎn)鏡天線組合成一個(gè)同軸的合成孔徑激光成像雷達(dá)光學(xué)接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。本發(fā)明的合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)天線的技術(shù)效果(1)多通道光學(xué)接收機(jī)天線的等效接收面積為所有子孔徑面積之和，可以獲得與主鏡尺度相等的功率接收效果。(2)多通道光學(xué)接收機(jī)天線的等效外差接收視場等同于單通道孔徑的外差接收視場，由于外差接收視場反比于接收尺度，因此本發(fā)明多通道光學(xué)接收天線的等效外差接收視場等同于單一通道的外差接收視場，而遠(yuǎn)大于多通道光學(xué)接收機(jī)天線幾何尺度決定的外差接收視場。 (3)具有相干和非相干疊加兩種可能性。(3)結(jié)合上述兩點(diǎn)，本發(fā)明的多通道光學(xué)接收機(jī)天線能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)較大的接收面積和較大的接收視場，而不是具備標(biāo)準(zhǔn)外差接收的性質(zhì)，即接收面積大而接收視場小。(4)本發(fā)明的多通道光學(xué)接收機(jī)天線在結(jié)構(gòu)上也很容易與相對較小口徑的發(fā)射光學(xué)望遠(yuǎn)鏡天線組合成一個(gè)同軸的合成孔徑激光成像雷達(dá)光學(xué)接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。(5)各接收通道采用較小口徑的天線望遠(yuǎn)鏡，相對于等效尺度的單一大口徑天線望遠(yuǎn)鏡制造容易，特別是多通道光學(xué)接收機(jī)的接收通道之間的間隔能夠容易無限制擴(kuò)大， 有利于克服激光散斑效應(yīng)。


圖1是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的多孔徑光學(xué)接收天線系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的多孔徑光學(xué)接收天線系統(tǒng)的示意圖。也是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的多孔徑光學(xué)接收天線系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的示意圖，由圖可見，本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從目標(biāo)回波光束1開始依次是并列的由光學(xué)接收天線主鏡3和光學(xué)外差接收和處理機(jī)4構(gòu)成的第一通道光學(xué)接收機(jī)、由光學(xué)接收天線主鏡5和光學(xué)外差接收和處理機(jī)6構(gòu)成的第二通道光學(xué)接收機(jī)、由光學(xué)接收天線主鏡7和光學(xué)外差接收和處理機(jī)8構(gòu)成的第三通道光學(xué)接收機(jī)和由光學(xué)接收天線主鏡9和光學(xué)外差接收和處理機(jī)10構(gòu)成的第四通道光學(xué)接收機(jī)，所述的光學(xué)接收機(jī)可以無限擴(kuò)充，各個(gè)光學(xué)接收機(jī)處理完成的圖像輸出到數(shù)字復(fù)合器11進(jìn)行相干疊加或者非相干疊加然后作為最終的圖像輸出12，該多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)的中心點(diǎn)為2。下面對本發(fā)明多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)定多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)的主鏡面的主坐標(biāo)系為(X，y)，坐標(biāo)系統(tǒng)的中心點(diǎn)為 (0，0)，發(fā)射光束中心位置在(0，0)，目標(biāo)點(diǎn)位置在(xt，yt)，接收通道的序號為i，通道總數(shù)為I，某一通道光學(xué)接收機(jī)的中心位置在(Xi, Yi),其坐標(biāo)系為(Xi，yi)。設(shè)定所有通道的光學(xué)接收機(jī)的技術(shù)參數(shù)一致，光學(xué)接收天線主鏡的孔徑形狀相同，通常設(shè)計(jì)下光學(xué)接收天線主鏡的形狀為圓形或矩形。設(shè)定t為光頻信號的流程時(shí)間(相當(dāng)于快時(shí)間)，設(shè)定tt為目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 (慢時(shí)間)，在時(shí)間起點(diǎn)(tt = 0)上目標(biāo)的位置在(xt，Yt)，目標(biāo)與雷達(dá)的相對運(yùn)動(dòng)速度為 v，則目標(biāo)與主坐標(biāo)系零點(diǎn)(x = 0，y = 0)即雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)軌跡為Ut = Xt+vtt，yt = Yt)， 發(fā)射光束產(chǎn)生的在目標(biāo)面上的照明空間相位二次項(xiàng)波前產(chǎn)生的目標(biāo)點(diǎn)的空間相位歷程為
權(quán)利要求
1.一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括多個(gè)技術(shù)參數(shù)相同的并列的光學(xué)接收機(jī)通道，所述的光學(xué)接收機(jī)通道由依次的光學(xué)天線主鏡、光學(xué)外差探測器和圖像處理器構(gòu)成，所有光學(xué)接收機(jī)通道的輸出圖像由數(shù)字復(fù)合器進(jìn)行相干疊加或者非相干疊加，最終產(chǎn)生合成孔徑激光成像雷達(dá)的目標(biāo)圖像輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的多通道的光學(xué)接收機(jī)的光學(xué)天線主鏡位于同一個(gè)平面成矩陣排列，所述的光學(xué)天線主鏡的中心間隔Dint與目標(biāo)分辨單元決定的接收面激光散斑的平均尺寸民相
全文摘要
一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的多通道光學(xué)接收機(jī)系統(tǒng)，其構(gòu)成包括多個(gè)技術(shù)參數(shù)相同的并列的光學(xué)接收機(jī)通道，所述的光學(xué)接收機(jī)通道由依次的光學(xué)天線主鏡、光學(xué)外差探測器和圖像處理器構(gòu)成，所有光學(xué)接收機(jī)通道的輸出圖像由數(shù)字復(fù)合器進(jìn)行相干疊加或者非相干疊加，最終產(chǎn)生合成孔徑激光成像雷達(dá)的目標(biāo)圖像輸出。本發(fā)明具有大口徑光學(xué)天線接收較大回波能量的優(yōu)點(diǎn)和單一光學(xué)接收機(jī)較小光學(xué)天線尺寸具有較大外差接收視場的特點(diǎn)，克服了同時(shí)要求大接收面積與大外差接收視場時(shí)光學(xué)天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是有效地克服激光散斑效應(yīng)。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上也很容易與發(fā)射光學(xué)望遠(yuǎn)鏡天線組合成一個(gè)同軸的合成孔徑激光成像雷達(dá)光學(xué)接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。
文檔編號G01S13/90GK102215062SQ20111007448
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者劉立人 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所