聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的制作方法
【專利摘要】一種聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其構(gòu)成包括激光光源，發(fā)射偏振分束器，左臂交軌向柱面透鏡，左臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器，左臂孔徑光闌、左臂順軌向柱面透鏡，左臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器，右臂交軌向柱面透鏡，右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器，右臂孔徑光闌、右臂順軌向柱面透鏡，右臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器，發(fā)射偏振合束器、發(fā)射主鏡，接收望遠(yuǎn)鏡，偏振干涉自差同相和90°相移雙通道光電接收機(jī)，AD變換器，復(fù)數(shù)化轉(zhuǎn)換器，圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)，光學(xué)偏轉(zhuǎn)器。本發(fā)明較條帶掃描模式的直視合成孔徑激光成像雷達(dá)具有很高的系統(tǒng)接收靈敏度和順軌向成像分辨率，特別適合于大光學(xué)足址和遠(yuǎn)距離目標(biāo)的應(yīng)用。
【專利說明】聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合成孔徑激光成像雷達(dá)，是一種聚束模式直視合成孔徑激光成像雷 達(dá)。原理上采用光學(xué)偏轉(zhuǎn)器使得直視合成孔徑激光成像雷達(dá)作直線運(yùn)動時(shí)其光學(xué)足址固定 指向所關(guān)注的目標(biāo)區(qū)域，同時(shí)直視合成孔徑激光成像雷達(dá)內(nèi)部的順軌向柱面透鏡在順軌向 作同步移動，在光學(xué)足址相對靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生順軌向相位二次項(xiàng)波前移動，得到目標(biāo)的相 位二次項(xiàng)歷程。在交軌向仍然保留直視合成孔徑激光成像雷達(dá)獲得目標(biāo)橫向距離線性相位 調(diào)制項(xiàng)的方法。目標(biāo)成像算法采用傳統(tǒng)的交軌向傅立葉變換聚焦和順軌向共輛相位二次項(xiàng) 匹配濾波聚焦算法。比較條帶掃描模式的直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，本發(fā)明的聚束模式 直視合成孔徑激光成像雷達(dá)對于目標(biāo)的作用累積時(shí)間和孔徑合成距離可W達(dá)到數(shù)量級的 增加，因此具有很高的系統(tǒng)接收靈敏度和可很大提高的順軌向成像分辨率，特別適合于大 光學(xué)足址和遠(yuǎn)距離應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑激光成像雷達(dá)的原理取之于射頻領(lǐng)域的合成孔徑雷達(dá)原理，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。合成孔徑激光成像雷達(dá)有兩種 原理結(jié)構(gòu)（參考文獻(xiàn)1)，一種是側(cè)視合成孔徑激光成像雷達(dá)，另外一種是直視合成孔徑激 光成像雷達(dá)。直視合成孔徑激光成像雷達(dá)具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，包括：非常有效的降低了 大氣、運(yùn)動平臺、光雷達(dá)系統(tǒng)本身等相位干擾的影響；照明光斑可W很大，接收口徑可W很 大，因此能夠獲得較大的光學(xué)足趾和較強(qiáng)的回波接收功率；允許使用低質(zhì)量的接收光學(xué)系 統(tǒng)；不需要光學(xué)延時(shí)線；直視激光照射和接收下目標(biāo)的反射率高；采用直視觀察成像無陰 影。
[0003] 傳統(tǒng)的射頻波段的合成孔徑雷達(dá)通常有兩種工作模式；一種是條帶掃描模式，另 外一種是聚束模式。聚束模式的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的成像分辨率，因此得到了廣泛應(yīng)用。至 今已經(jīng)發(fā)展了條帶掃描模式的直視合成孔徑激光成像雷達(dá)（參考文獻(xiàn)1 - 5)，但是還沒有 聚束模式的直視合成孔徑激光成像雷達(dá)。
[0004] 下面是現(xiàn)有的有關(guān)參考文獻(xiàn)：
[0005] (I)Liren Liu, Coherent and incoherent synthetic-aperture imaging Iadars and laboratory-space experimental demonstrations, Appl. Opt.，52(4) :579-599, (2013).
[0006] (2)劉立人，直視合成孔徑激光成像雷達(dá)原理，光學(xué)學(xué)報(bào)， 2012, 32(9) :0920002-1 ?8.
[0007] (3)劉立人，自干涉合成孔徑激光H維成像雷達(dá)原理，光學(xué)學(xué)報(bào)， 2014, ：34 巧）：0528001-8.
[0008] (4)楽竹，孫建鋒，職亞楠，周燈，王利娟，劉立人，直視合成孔徑激光成像雷達(dá)模擬 遠(yuǎn)場條件下的二維成像實(shí)驗(yàn)，光學(xué)學(xué)報(bào)，2014, 34 (7) : 0710003.
[0009] (5) Zhu Luan, Jianfeng Sun, Yu Zhou, Lijuan Wang, Mei Yang and Liren Liu, Down-Looking Synthetic Aperture Imaging Ladar Demonstrator and its Experiments over 1.2 km Outdoor, Chinese Optics Letters, 2014,12(11).


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步發(fā)展直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，提供一種聚束模式直 視合成孔徑激光成像雷達(dá)，該聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)對于目標(biāo)的作用累積時(shí) 間和孔徑合成距離可W達(dá)到數(shù)量級的增加，因此具有很高的系統(tǒng)接收靈敏度和大幅度提高 順軌向成像分辨率，特別適合于大光學(xué)足址和遠(yuǎn)距離應(yīng)用。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0012] 一種聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特點(diǎn)在于由發(fā)射端、接收端和光學(xué) 偏轉(zhuǎn)器構(gòu)成，所述的發(fā)射端包括激光光源、發(fā)射偏振分束器、左臂交軌向柱面透鏡、左臂交 軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器、左臂孔徑光闊、左臂順軌向柱面透鏡、左臂順軌向柱面透鏡順 軌向驅(qū)動器、右臂交軌向柱面透鏡、右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器、右臂孔徑光闊、右 臂順軌向柱面透鏡、右臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器、發(fā)射偏振合束器和發(fā)射主鏡；所述 的接收端包括接收望遠(yuǎn)鏡、偏振干涉自差同相和90°相移雙通道光電接收機(jī)、AD變換器、 復(fù)數(shù)化轉(zhuǎn)換器、圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)；所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器使所述的發(fā)射端和接收端 都指向目標(biāo)；
[0013] 在所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的控制下，激光光源輸出的偏振光束經(jīng)過發(fā) 射偏振分束器在空間上被偏振分解為兩個(gè)等強(qiáng)度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振 光束：所述的左臂偏振光束依次通過所述的左臂交軌向柱面透鏡、左臂孔徑光闊、左臂順 軌向柱面透鏡到達(dá)所述的發(fā)射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通過所述的右臂交軌 向柱面透鏡、右臂孔徑光闊和右臂順軌向柱面透鏡到達(dá)所述的發(fā)射偏振合束器，兩路偏振 正交光束經(jīng)所述的發(fā)射偏振合束器合成同也同軸光束，并經(jīng)過所述的發(fā)射主鏡投視成像于 目標(biāo)16 ;所述的左臂交軌向柱面透鏡通過左臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，所 述的右臂交軌向柱面透鏡通過右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，所述的左臂交 軌向柱面透鏡和右臂交軌向柱面透鏡必須進(jìn)行相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生目標(biāo)的交軌向線性相位 項(xiàng)調(diào)制；左臂順軌向柱面透鏡通過左臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，右臂順?biāo)?述的軌向柱面透鏡通過右臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，左臂順軌向柱面透鏡 和右臂順軌向柱面透鏡必須進(jìn)行同方向運(yùn)動，從而產(chǎn)生目標(biāo)的順軌向相位二次項(xiàng)歷程；所 有的柱面透鏡通過發(fā)射主鏡和作用距離的衍射傳播成像于目標(biāo)的目標(biāo)面上并產(chǎn)生柱面波 前；
[0014] 所述的目標(biāo)產(chǎn)生目標(biāo)回波經(jīng)所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器由所述的接收望遠(yuǎn)鏡接收，并由偏 振干涉自差同相和90D相移雙通道光電接收機(jī)產(chǎn)生回波光電流信號，該回波光電流信號通 過所述的AD變換器和復(fù)數(shù)化轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生光電流復(fù)數(shù)信號，然后再通過所述的圖像處理和 系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生目標(biāo)成像的輸出圖像；所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器使得發(fā)射端和接收端產(chǎn)生的 光學(xué)足址指向并且固定于目標(biāo)所關(guān)注的區(qū)域；所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的圖像處 理算法采用交軌向傅里葉變換聚焦成像和順軌向共輛相位歷程二次項(xiàng)匹配濾波聚焦成像 算法；
[0015] 目標(biāo)面坐標(biāo)系為：交軌方向?yàn)閄-方向，順軌方向?yàn)閥-方向，空間坐標(biāo)原點(diǎn)（X二 0, y = 0)與時(shí)間原點(diǎn)（t = 0) -致，目標(biāo)面上的發(fā)射激光照明光斑與接收視場一致，其共同 的作用面積定義為光學(xué)足址。
[0016] 在所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的控制下：
[0017] 本雷達(dá)的順軌向柱面波前的順軌向移動速度和范圍必須與光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)速 度和范圍相匹配，令雷達(dá)的順軌向運(yùn)動速度為V，雷達(dá)運(yùn)動軌跡至目標(biāo)面的距離為Z，則雷 達(dá)的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器產(chǎn)生的光學(xué)偏轉(zhuǎn)角tan 0 (t)應(yīng)當(dāng)為心〇0(〇 =-^，近似為巧〇 =;
[0018] 本雷達(dá)的順軌向的采樣時(shí)間間隔必須與目標(biāo)凝視時(shí)間相匹配，雷達(dá)的凝視飛行距 離為D' y = Pw^sp (P。> 1)，其中Psy為雷達(dá)凝視飛行距離相對于光學(xué)足址寬度的倍數(shù)，則聚 D 束模式的目標(biāo)凝視時(shí)間寬度為Tgp;而順軌向接收光電信號采樣數(shù)為A' = ^ (Sy^ 2); 因此必須有順軌向的采樣時(shí)間間隔為Ar, =^;上述中的成像分辨率為d,xdy，光學(xué)足址 尺寸為DyXDy ;
[0019] 本雷達(dá)在目標(biāo)面的交軌向柱面波前運(yùn)動速度必須與掃描時(shí)間寬度相匹配，即交軌 向柱面波前在足趾內(nèi)的掃描時(shí)間寬度應(yīng)當(dāng)為Tf = kf ATy化1)，其中kf表示掃描時(shí)間對 于采樣間隔的利用率，因此交軌向柱面波前運(yùn)動速度應(yīng)當(dāng)為V* = ^ (Py > 1)，其中Py表 示交軌向柱面波前的尺度利用率；
[0020] 本雷達(dá)在目標(biāo)面的順軌向柱面波前運(yùn)動速度必須與運(yùn)動距離相匹配，順軌向柱面 波前的運(yùn)動距離為Ly = PiyDy (Ply > 1)，其中Piy表示順軌向柱面波前的尺度利用率，因此順 軌向柱面波前的運(yùn)動速度運(yùn)動應(yīng)當(dāng)為>'， ^SP
[0021] 本雷達(dá)的平臺運(yùn)動速度，目標(biāo)面順軌向柱面波前運(yùn)動速度和交軌向柱面波前的運(yùn) V, Pfy V, NP' D、- 動速度應(yīng)當(dāng)具有如下關(guān)系：Y = ^，= /^ 73-，一般有V== > V > VyD
[0022] 所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器其作用也可W采用直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的整體偏轉(zhuǎn)實(shí) 現(xiàn)。
[0023] 所述的左臂交軌向柱面透鏡由左臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動的結(jié) 構(gòu)和右臂交軌向柱面透鏡由右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動的結(jié)構(gòu)可W由帶 驅(qū)動器偏轉(zhuǎn)的反射鏡結(jié)構(gòu)替代。
[0024] 所述的左臂交軌向柱面透鏡和右臂交軌向柱面透鏡的重合光學(xué)中也軸或者反射 鏡結(jié)構(gòu)的重合光學(xué)中也軸可W與發(fā)射透鏡光軸一致，也可W在交軌向偏離發(fā)射透鏡光軸。 [00巧]所述的偏振干涉自差同相和90。相移雙通道光電接收機(jī)一般采用2X490°空間 光橋接器的同相和n/2移相輸出結(jié)構(gòu)，也可W替代采用偏振分光棱鏡和兩個(gè)光電探測器 的平衡接收結(jié)構(gòu)或者單一檢偏鏡和單一光電探測器結(jié)構(gòu)。
[0026] 所述的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)在運(yùn)動平臺靜止?fàn)顟B(tài)下不使用光偏 轉(zhuǎn)裝置，僅依靠交軌向柱面波前平動和順軌向柱面波前平動可W產(chǎn)生目標(biāo)面的二維成像， 該是靜態(tài)合成孔徑激光成像。
[0027] 所述的聚束模式可W直接轉(zhuǎn)化為滑動聚束模式，條件是光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)速度和 雷達(dá)平臺運(yùn)動速度失匹。
[002引本發(fā)明有如下的明顯特點(diǎn)：
[0029] 1、本發(fā)明聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，原理上采用光學(xué)偏轉(zhuǎn)器使得直視 合成孔徑激光成像雷達(dá)作平行于目標(biāo)面直線運(yùn)動時(shí)其光學(xué)足址固定指向所關(guān)注的目標(biāo)區(qū) 域，同時(shí)直視合成孔徑激光成像雷達(dá)內(nèi)部的順軌向柱面透鏡在順軌向作同步移動，W在光 學(xué)足址相對靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生順軌向波前移動。比較條帶掃描模式直視合成孔徑激光成像雷 達(dá)，本發(fā)明聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)對于目標(biāo)的凝視作用時(shí)間和順軌向孔徑合 成距離可W高達(dá)數(shù)量級的增長。
[0030] 2、本發(fā)明在運(yùn)動平臺靜止?fàn)顟B(tài)下可W實(shí)現(xiàn)靜態(tài)合成孔徑激光成像，在雷達(dá)平臺的 運(yùn)動速度與光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)速度失匹下可W實(shí)現(xiàn)滑動聚束模式。
[0031] 本發(fā)明的技術(shù)效果如下：
[0032] 1、條幅掃描模式的直視合成孔徑激光成像雷達(dá)在最多為一個(gè)順軌向分辯單元運(yùn) 行時(shí)間內(nèi)進(jìn)行目標(biāo)的交軌向線性相位項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集，在一個(gè)光斑照明運(yùn)行時(shí)間內(nèi)進(jìn)行目標(biāo) 的順軌向相位二次項(xiàng)歷程數(shù)據(jù)的收集，而本發(fā)明的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)可 W具有數(shù)量級增長的凝視作用時(shí)間，目標(biāo)在交軌向和順軌向作用時(shí)間的增長表明接收能量 累積時(shí)間的增長，從而產(chǎn)生很高接收靈敏度，同時(shí)作用時(shí)間的增長也表明順軌向孔徑合成 距離的增加，從而導(dǎo)致可很高提高的順軌向成像分辨率。
[0033] 2、本發(fā)明保留了先期條幅掃描模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的固有特點(diǎn)和優(yōu) 點(diǎn)，包括：非常有效的降低了大氣、運(yùn)動平臺、光雷達(dá)系統(tǒng)本身等的相位干擾的影響；照明 光斑可W很大，接收口徑可W很大，因此能夠獲得較大的光學(xué)足趾和較強(qiáng)的回波接收功率； 允許使用低質(zhì)量的接收光學(xué)系統(tǒng)；不需要光學(xué)延時(shí)線；采用直視觀察成像無陰影。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的原理圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)W此限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0037] 先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的原理圖。由圖 可見，本發(fā)明聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，由發(fā)射端、接收端和光學(xué)偏轉(zhuǎn)器構(gòu)成， 所述的發(fā)射端包括激光光源1、發(fā)射偏振分束器2、左臂交軌向柱面透鏡3、左臂交軌向柱面 透鏡交軌向驅(qū)動器4、左臂孔徑光闊5、左臂順軌向柱面透鏡6、左臂順軌向柱面透鏡順軌向 驅(qū)動器7、右臂交軌向柱面透鏡8、右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器9、右臂孔徑光闊10、 右臂順軌向柱面透鏡11、右臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器12、發(fā)射偏振合束器13和發(fā)射 主鏡14 ;所述的接收端包括接收望遠(yuǎn)鏡17、偏振干涉自差同相和90°相移雙通道光電接收 機(jī)18、AD變換器19、復(fù)數(shù)化轉(zhuǎn)換器20、圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)21，W及輸出圖像22 ;所 述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器15使所述的發(fā)射端和接收端都指向目標(biāo)16 ;
[0038] 在所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)21的控制下，激光光源1輸出的偏振光束經(jīng) 過發(fā)射偏振分束器2在空間上被偏振分解為兩個(gè)等強(qiáng)度的偏振正交的左臂偏振光束和右 臂偏振光束；所述的左臂偏振光束依次通過所述的左臂交軌向柱面透鏡3、左臂孔徑光闊 5、左臂順軌向柱面透鏡6到達(dá)所述的發(fā)射偏振合束器13,所述的右臂偏振光束依次通過所 述的右臂交軌向柱面透鏡8、右臂孔徑光闊9和右臂順軌向柱面透鏡11到達(dá)所述的發(fā)射偏 振合束器1)，兩路偏振正交光束經(jīng)所述的發(fā)射偏振合束器13合成同也同軸光束，并經(jīng)過所 述的發(fā)射主鏡14投視成像于目標(biāo)16 ;所述的左臂交軌向柱面透鏡3通過左臂交軌向柱面 透鏡交軌向驅(qū)動器4產(chǎn)生移動，所述的右臂交軌向柱面透鏡8通過右臂交軌向柱面透鏡交 軌向驅(qū)動器9產(chǎn)生移動，所述的左臂交軌向柱面透鏡3和右臂交軌向柱面透鏡8必須進(jìn)行 相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生目標(biāo)的交軌向線性相位項(xiàng)調(diào)制；左臂順軌向柱面透鏡6通過左臂順軌 向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器7產(chǎn)生移動，右臂順?biāo)龅能壪蛑嫱哥R11通過右臂順軌向柱面 透鏡順軌向驅(qū)動器12產(chǎn)生移動，左臂順軌向柱面透鏡6和右臂順軌向柱面透鏡11必須進(jìn) 行同方向運(yùn)動，從而產(chǎn)生目標(biāo)的順軌向相位二次項(xiàng)歷程；所有的柱面透鏡通過發(fā)射主鏡14 和作用距離的衍射傳播成像于目標(biāo)16的目標(biāo)面上并產(chǎn)生柱面波前；
[0039] 所述的目標(biāo)16產(chǎn)生目標(biāo)回波經(jīng)所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器15由所述的接收望遠(yuǎn)鏡17接 收，并由偏振干涉自差同相和90°相移雙通道光電接收機(jī)18產(chǎn)生回波光電流信號，該回波 光電流信號通過所述的AD變換器19和復(fù)數(shù)化轉(zhuǎn)換器20產(chǎn)生光電流復(fù)數(shù)信號，然后再通過 所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)21產(chǎn)生目標(biāo)成像的輸出圖像22 ;所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器15 使得發(fā)射端和接收端產(chǎn)生的光學(xué)足址指向并且固定于目標(biāo)16所關(guān)注的區(qū)域；所述的圖像 處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)21的圖像處理算法采用交軌向傅里葉變換聚焦成像和順軌向共輛 相位歷程二次項(xiàng)匹配濾波聚焦成像算法；
[0040] 目標(biāo)面坐標(biāo)系為；交軌方向?yàn)閄-方向，順軌方向?yàn)閥-方向，空間坐標(biāo)原點(diǎn)（X = 〇，y = 0)與時(shí)間原點(diǎn)（t = 0) -致。目標(biāo)面上的發(fā)射激光照明光斑與接收視場一致，其共 同的作用面積定義為光學(xué)足址。
[0041] 在所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)21的控制下：
[0042] 本雷達(dá)的順軌向柱面波前的順軌向移動速度和范圍必須與光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)速 度和范圍相匹配，令雷達(dá)的順軌向運(yùn)動速度為V，雷達(dá)運(yùn)動軌跡至目標(biāo)面的距離為Z，則雷 達(dá)的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器產(chǎn)生的光學(xué)偏轉(zhuǎn)角tan 0 (t)應(yīng)當(dāng)為Um6(0 =-^，近似為巧O =;
[004引本雷達(dá)的順軌向的采樣時(shí)間間隔必須與目標(biāo)凝視時(shí)間相匹配，雷達(dá)的凝視飛行距 離為D' y = Pw^sp (P。> 1)，其中Psy為雷達(dá)凝視飛行距離相對于光學(xué)足址寬度的倍數(shù)，則聚 D 束模式的目標(biāo)凝視時(shí)間寬度為Tsp;而順軌向接收光電信號采樣數(shù)為W = (Sy >2); 因此必須有順軌向的采樣時(shí)間間隔為Ar,. =^;上述中的成像分辨率為d,Xdy，光學(xué)足址 尺寸為DyXDy ;
[0044] 本雷達(dá)在目標(biāo)面的交軌向柱面波前運(yùn)動速度必須與掃描時(shí)間寬度相匹配，即交軌 向柱面波前在足趾內(nèi)的掃描時(shí)間寬度應(yīng)當(dāng)為Tf = kf ATy化f《1)，其中kf表示掃描時(shí)間對 于采樣間隔的利用率，因此交軌向柱面波前運(yùn)動速度應(yīng)當(dāng)為Vx = ^ (Py > I)，其中Py表 If 示交軌向柱面波前的尺度利用率；
[0045] 本雷達(dá)在目標(biāo)面的順軌向柱面波前運(yùn)動速度必須與運(yùn)動距離相匹配，順軌向柱面 波前的運(yùn)動距離為Ly = PiyDy (Ply > 1)，其中Piy表示順軌向柱面波前的尺度利用率，因此順 軌向柱面波前的運(yùn)動速度運(yùn)動應(yīng)當(dāng)為; ^SP
[0046] 本雷達(dá)的平臺運(yùn)動速度，目標(biāo)面順軌向柱面波前運(yùn)動速度和交軌向柱面波前的運(yùn) i'V K V, NP' D、 動速度應(yīng)當(dāng)具有如下關(guān)系：^ = ^，，一般有> V > Vy。
[0047] 圖2是本發(fā)明聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖，實(shí)施例結(jié)構(gòu) 部件相對于基本原理結(jié)構(gòu)部件的對應(yīng)關(guān)系見于表1。
[0048] 表1實(shí)施例結(jié)構(gòu)部件相對于基本原理結(jié)構(gòu)部件的對應(yīng)關(guān)系
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特征在于由發(fā)射端、接收端和光學(xué)偏 轉(zhuǎn)器構(gòu)成，所述的發(fā)射端包括激光光源、發(fā)射偏振分束器、左臂交軌向柱面透鏡、左臂交軌 向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器、左臂孔徑光闌、左臂順軌向柱面透鏡、左臂順軌向柱面透鏡順軌 向驅(qū)動器、右臂交軌向柱面透鏡、右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器、右臂孔徑光闌、右臂 順軌向柱面透鏡、右臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器、發(fā)射偏振合束器和發(fā)射主鏡；所述的 接收端包括接收望遠(yuǎn)鏡、偏振干涉自差同相和90°相移雙通道光電接收機(jī)、AD變換器、復(fù) 數(shù)化轉(zhuǎn)換器、圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)；所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器使所述的發(fā)射端和接收端都 指向目標(biāo)； 在所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的控制下，所述的激光光源輸出的偏振光束經(jīng)過 發(fā)射偏振分束器在空間上被偏振分解為兩個(gè)等強(qiáng)度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏 振光束：所述的左臂偏振光束依次通過所述的左臂交軌向柱面透鏡、左臂孔徑光闌、左臂順 軌向柱面透鏡到達(dá)所述的發(fā)射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通過所述的右臂交軌 向柱面透鏡、右臂孔徑光闌和右臂順軌向柱面透鏡到達(dá)所述的發(fā)射偏振合束器，兩路偏振 正交光束經(jīng)所述的發(fā)射偏振合束器合成同心同軸光束，并經(jīng)過所述的發(fā)射主鏡投視成像于 目標(biāo)16 ;所述的左臂交軌向柱面透鏡通過左臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，所 述的右臂交軌向柱面透鏡通過右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，所述的左臂交 軌向柱面透鏡和右臂交軌向柱面透鏡必須進(jìn)行相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生目標(biāo)的交軌向線性相位 項(xiàng)調(diào)制；左臂順軌向柱面透鏡通過左臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，右臂順?biāo)?述的軌向柱面透鏡通過右臂順軌向柱面透鏡順軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動，左臂順軌向柱面透鏡 和右臂順軌向柱面透鏡必須進(jìn)行同方向運(yùn)動，從而產(chǎn)生目標(biāo)的順軌向相位二次項(xiàng)歷程；所 有的柱面透鏡通過發(fā)射主鏡和作用距離的衍射傳播成像于目標(biāo)的目標(biāo)面上并產(chǎn)生柱面波 N / . 刖； 所述的目標(biāo)產(chǎn)生目標(biāo)回波經(jīng)所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器由所述的接收望遠(yuǎn)鏡接收，并由偏振干 涉自差同相和90°相移雙通道光電接收機(jī)產(chǎn)生回波光電流信號，該回波光電流信號通過 所述的AD變換器和復(fù)數(shù)化轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生光電流復(fù)數(shù)信號，然后再通過所述的圖像處理和系 統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生目標(biāo)成像的輸出圖像；所述的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器使得發(fā)射端和接收端產(chǎn)生的光 學(xué)足址指向并且固定于目標(biāo)所關(guān)注的區(qū)域；所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的圖像處理 算法采用交軌向傅里葉變換聚焦成像和順軌向共軛相位歷程二次項(xiàng)匹配濾波聚焦成像算 法； 目標(biāo)面坐標(biāo)系為：交軌方向?yàn)閄-方向，順軌方向?yàn)閥-方向，空間坐標(biāo)原點(diǎn)（X= 0,y= 〇)與時(shí)間原點(diǎn)（t= 0) -致。目標(biāo)面上的發(fā)射激光照明光斑與接收視場一致，其共同的作 用面積定義為光學(xué)足址。 在所述的圖像處理和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)的控制下： 本雷達(dá)的順軌向柱面波前的順軌向移動速度和范圍必須與光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)速度和 范圍相匹配，令雷達(dá)的順軌向運(yùn)動速度為v，雷達(dá)運(yùn)動軌跡至目標(biāo)面的距離為Z，則雷達(dá)的 光學(xué)偏轉(zhuǎn)器產(chǎn)生的光學(xué)偏轉(zhuǎn)角tan Θ (t)應(yīng)當(dāng)為tan= 近似為6^) =-4; 本雷達(dá)的順軌向的采樣時(shí)間間隔必須與目標(biāo)凝視時(shí)間相匹配，雷達(dá)的凝視飛行距離為D'y =PsyVTsp(Psy > 1)，其中Psy為雷達(dá)凝視飛行距離相對于光學(xué)足址寬度的倍數(shù)，則聚束模 Dv 式的目標(biāo)凝視時(shí)間寬度為Tsp ;而順軌向接收光電信號采樣數(shù)為# = \y，Sy彡2 ;因此必 須有順軌向的采樣時(shí)間間隔為Δ7； 上述中的成像分辨率為dxXdy，光學(xué)足址尺寸為 DxXDy ; 本雷達(dá)在目標(biāo)面的交軌向柱面波前運(yùn)動速度必須與掃描時(shí)間寬度相匹配，即交軌向柱 面波前在足趾內(nèi)的掃描時(shí)間寬度應(yīng)當(dāng)為Tf =kfATy，kf < 1，其中kf表示掃描時(shí)間對于采 PD 樣間隔的利用率，因此交軌向柱面波前運(yùn)動速度應(yīng)當(dāng)為=f，PxS1，其中匕表示交軌 if 向柱面波前的尺度利用率； 本雷達(dá)在目標(biāo)面的順軌向柱面波前運(yùn)動速度必須與運(yùn)動距離相匹配，順軌向柱面波前 的運(yùn)動距離為Ly =PlyDy，Ply彡1，其中Ply表示順軌向柱面波前的尺度利用率，因此順軌向 ^ ^ Lv 柱面波前的運(yùn)動速度運(yùn)動應(yīng)當(dāng)為Vy 丄SP 本雷達(dá)的平臺運(yùn)動速度，目標(biāo)面順軌向柱面波前運(yùn)動速度和交軌向柱面波前的運(yùn)動速 V P1\；NP D 度應(yīng)當(dāng)具有如下關(guān)系= = 一般有vx>v>vy。 VIilPlrDv
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特征在于所述的光 學(xué)偏轉(zhuǎn)器采用直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的整體偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特征在于所述的左 臂交軌向柱面透鏡由左臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動的結(jié)構(gòu)和右臂交軌向柱 面透鏡由右臂交軌向柱面透鏡交軌向驅(qū)動器產(chǎn)生移動的結(jié)構(gòu)由帶驅(qū)動器偏轉(zhuǎn)的反射鏡結(jié) 構(gòu)替代。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特征在于所述 的左臂交軌向柱面透鏡和右臂交軌向柱面透鏡的重合光學(xué)中心軸或者反射鏡結(jié)構(gòu)的重合 光學(xué)中心軸與所述的發(fā)射透鏡光軸一致，或在交軌向偏離發(fā)射透鏡光軸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特征在于所述的偏 振干涉自差同相和90°相移雙通道光電接收機(jī)采用2X490°空間光橋接器的同相和31/2 移相輸出結(jié)構(gòu)、采用偏振分光棱鏡和兩個(gè)光電探測器的平衡接收結(jié)構(gòu)或者采用單一檢偏鏡 和單一光電探測器結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特征在于所述的聚 束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)在運(yùn)動平臺靜止?fàn)顟B(tài)下不使用光偏轉(zhuǎn)裝置，僅依靠交軌 向柱面波前平動和順軌向柱面波前平動可以產(chǎn)生目標(biāo)面的二維成像，這是靜態(tài)合成孔徑激 光成像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的聚束模式直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，其特征在 于本雷達(dá)所述的聚束模式，在光學(xué)偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)速度和雷達(dá)平臺運(yùn)動速度失匹的條件下直 接轉(zhuǎn)化為滑動聚束模式。
【文檔編號】G01S7/483GK104237899SQ201410443862
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3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