專(zhuān)利名稱(chēng)：合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成孔徑激光成像雷達(dá)，是一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑 的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡天線，用作光學(xué)接收和發(fā)射天線，可以產(chǎn)生符合合成孔徑激光成像雷 達(dá)掃描方式的矩形光學(xué)足趾，因此不僅能夠消除光學(xué)足趾的運(yùn)動(dòng)垂直方向上的方位 向成像分辨率不均勻及降低的現(xiàn)象，而且可以設(shè)計(jì)最佳的矩形孔徑的尺度分別控制 激光雷達(dá)光學(xué)足趾在方位向及其垂直方向上的尺度，得到大掃描寬度和高方位向分 辨率。
背景技術(shù)：
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(jí)分辨率的唯一的光學(xué)成像觀察手段。但是光學(xué)接收望遠(yuǎn)鏡主鏡 的尺度大于波長(zhǎng)3 — 6個(gè)數(shù)量級(jí)，其空間接收和發(fā)射與射頻方法有原理差別。但是， 在合成孔徑激光成像雷達(dá)中所使用的光學(xué)天線都是圓孔徑的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。下面是現(xiàn)
有的有關(guān)合成孔徑激光成像雷達(dá)的參考文獻(xiàn)
(1) M. Bashkansky, R. L. Lucke， F. Funk, L. J. Rickard, and J. Reintjes, "Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain," O/jrics Inters, Vol. 27, ppl983-1985 (2002).
(2) W. Buell, N. Marechal, J. Buck, R. Dickinson, D. Kozlowski, T.Wright, and S. Beck， "Demonstrationof synthetic aperture imaging ladar,"o/ 5iYjE, Vol. 5791, pp. 152-166 (2005).
(3) J. Ricklin， M. Dierking, S. Fuhrer， B. Schumm, and D. Tomlison, "Synthetic aperture ladar for tactical imaging," DARPA Strategic Technology Office.
(4) 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， 28(5): 997-1000.
(5) 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.(6)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.
但是，圓形孔徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡作為合成孔徑激光成像雷達(dá)的光學(xué)天線存在一定
的缺點(diǎn)
(1) 圓形孔徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生圓形光學(xué)足趾，目標(biāo)點(diǎn)在不同的偏離光學(xué)足趾中 心的位置上在掃描過(guò)程中將經(jīng)歷不同的路徑，路徑不均勻?qū)е路直媛什痪鶆颉?br> (2) 在使用圓孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的合成孔徑激光成像雷達(dá)中，發(fā)射光束發(fā)散度和光
學(xué)外差接收方向性函數(shù)都是圓對(duì)稱(chēng)函數(shù)，但是目標(biāo)點(diǎn)方位向數(shù)據(jù)采集是在通過(guò) 目標(biāo)點(diǎn)的直線上進(jìn)行的，因此二維圓對(duì)稱(chēng)方向性函數(shù)在被一維截取中導(dǎo)致了坐 標(biāo)因子變化，在光學(xué)足趾中隨著運(yùn)動(dòng)中心線垂直方向的距離增大將產(chǎn)生方位向 分辨率降低。
(3) 在使用圓孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的合成孔徑激光成像雷達(dá)的光學(xué)足趾中方位向及 其垂直方向上的發(fā)射光束發(fā)散度和光學(xué)外差接收方向性函數(shù)都是相同的，不能 分別控制。

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)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，產(chǎn) 生符合合成孔徑激光成像雷達(dá)掃描方式的矩形光學(xué)足趾，不僅能夠消除光學(xué)足趾的 運(yùn)動(dòng)垂直方向上的方位向成像分辨率不均勻和分辨率降低的現(xiàn)象，而且可以設(shè)計(jì)最 佳的矩形孔徑的尺度分別控制激光雷達(dá)光學(xué)足趾在方位向及其垂直方向上的尺度， 得到大掃描寬度和高方位向分辨率。
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)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，特點(diǎn)是其構(gòu)成依次是物鏡 瞳孔、物鏡、目鏡和目鏡瞳孔，所述的物鏡瞳孔位于所述的物鏡的前焦面，所述是
目鏡瞳孔位于所述的目鏡的后焦面，所述的物鏡的焦距為y;，所述的目鏡的焦距為 /2 ，所述的物鏡和所述的目鏡之間的距離為y;+/2 ，該望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)為m = f ，
所述的物鏡瞳孔、物鏡、目鏡或目鏡瞳孔具有矩形孔徑。
所述的物鏡瞳孔是一個(gè)實(shí)的方形孔徑光闌，或只是一個(gè)平面位置。 所述的目鏡瞳孔是一個(gè)實(shí)的方形孔徑光闌，或只是一個(gè)平面位置。
6所述的物鏡的外型為圓形或矩形。
所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡作為接收光學(xué)天線時(shí)，所述的 物鏡面對(duì)目標(biāo)，所述的物鏡瞳孔為接收望遠(yuǎn)鏡入瞳，所述的目鏡瞳孔為接收望遠(yuǎn)鏡 出瞳，在該處放置光電探測(cè)器，需要進(jìn)行空間二次項(xiàng)相位的補(bǔ)償。
所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡作為發(fā)射光學(xué)天線時(shí)，所述的 目鏡面對(duì)發(fā)射激光光束，所述是目鏡瞳孔為發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的入瞳，所述的物鏡瞳孔為 發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的出瞳，可以進(jìn)行控制以產(chǎn)生合適的相位二次項(xiàng)歷程。
所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡同時(shí)作為接收光學(xué)天線和發(fā)射 光學(xué)天線時(shí)，可以采用雙向環(huán)路結(jié)構(gòu)分別實(shí)施相位補(bǔ)償和偏置。
所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線同時(shí)作為光學(xué)外差接收天 線和平面波發(fā)射天線時(shí)，所述的物鏡瞳孔的矩形孔徑光闌的方位向邊長(zhǎng)/,和垂直向
邊長(zhǎng)//滿足下列關(guān)系式
乂 /' ■/ r 乂 f / a必
式中d為方位向成像分辨率直徑，7;為掃描條帶的寬度，7;為方位向空間積
分寬度，A是激光波長(zhǎng)，z是主望遠(yuǎn)鏡到目標(biāo)的距離，K是表達(dá)/力和z之間關(guān)系的
常數(shù)，/^是最終的方位向相位二次項(xiàng)歷程的等效曲率半徑，乂為回波接收時(shí)產(chǎn)生的 相位歷程分量的曲率半徑，,為發(fā)射光束產(chǎn)生的相位歷程分量的曲率半徑，/^是 發(fā)射望遠(yuǎn)鏡空間相位偏置產(chǎn)生的附加相位歷程分量的曲率半徑。
所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線同時(shí)作為光學(xué)外差接收天 線和高斯光束發(fā)射天線，所述的物鏡瞳孔的矩形孔徑光闌的方位向邊長(zhǎng)^和垂直向
邊長(zhǎng)々分別滿足下列關(guān)系式
7<formula>formula see original document page 8</formula>
風(fēng)
式中wQ;c和wQ>;分別為物鏡瞳孔面上的高斯光束在方位向的波腰半徑和垂直 向的波腰半徑，d為方位向成像分辨率直徑，7;為掃描條帶的寬度，7;為方位向空 間積分寬度，義是激光波長(zhǎng)，z是主望遠(yuǎn)鏡到目標(biāo)的距離，《是表達(dá)y),和z之間關(guān) 系的常數(shù)，/々是最終的方位向相位二次項(xiàng)歷程的等效曲率半徑，乂為回波接收時(shí)產(chǎn) 生的相位歷程分量的曲率半徑，,為發(fā)射光束產(chǎn)生的相位歷程分量的曲率半徑，/。& 是發(fā)射望遠(yuǎn)鏡空間相位偏置產(chǎn)生的附加相位歷程分量的曲率半徑。
所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線可用作非相干孔徑合成的 反射層析激光雷達(dá)的光學(xué)天線。
本發(fā)明的技術(shù)效果
采用本發(fā)明矩形孔徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡作為合成孔徑激光成像雷達(dá)的天線，具有如下 特點(diǎn)
(1) 矩形孔徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用作合成孔徑激光成像雷達(dá)中的光學(xué)接收天線和光 學(xué)發(fā)射天線可以產(chǎn)生矩形光學(xué)足趾,任何目標(biāo)點(diǎn)都經(jīng)歷相等的掃描路徑，因此本發(fā)明 的矩形孔徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是符合合成孔徑激光成像雷達(dá)掃描方式的。而圓形孔徑的 光學(xué)望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生圓形光學(xué)足趾，目標(biāo)點(diǎn)在不同的偏離光學(xué)足趾中心的位置上在掃描 過(guò)程中將經(jīng)歷不同的路徑，路徑不均勻?qū)е路直媛什痪鶆颉?br> (2) 在使用圓孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的合成孔徑激光成像雷達(dá)中，發(fā)射光束發(fā)散度和 光學(xué)外差接收方向性函數(shù)都是圓對(duì)稱(chēng)函數(shù)，但是目標(biāo)點(diǎn)方位向數(shù)據(jù)采集是在通過(guò)目 標(biāo)點(diǎn)的直線上進(jìn)行的，因此二維圓對(duì)稱(chēng)方向性函數(shù)在被一維截面中導(dǎo)致了坐標(biāo)因子變化，在光學(xué)足趾中隨著運(yùn)動(dòng)中心線垂直方向的距離增大將產(chǎn)生方位向分辨率降低。
本發(fā)明采用矩形孔徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡天線，發(fā)射光束發(fā)散度和光學(xué)外差接收方向性函
數(shù)都是方位向及其垂直方向上的分離變量函數(shù)，二維方向性函數(shù)被一維截面時(shí)不會(huì)
產(chǎn)生坐標(biāo)因子變化，可以完全消除方位垂直方向上的方位向成像分辨率降低現(xiàn)象。
(3 )在使用圓孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的合成孔徑激光成像雷達(dá)的光學(xué)足趾中方位向及
其垂直方向上的發(fā)射光束發(fā)散度和光學(xué)外差接收方向性函數(shù)都是相同的，不能分別
控制。本發(fā)明采用矩形孔徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡天線，發(fā)射光束發(fā)散度和光學(xué)外差接收方
向性函數(shù)都是分離變量函數(shù)，可以設(shè)計(jì)最佳的矩形孔徑的兩邊尺度分別控制激光雷
達(dá)光學(xué)足趾在方位向及其垂直方向上的尺度，得到大掃描寬度和高方位向分辨率。 可以產(chǎn)生符合合成孔徑激光成像雷達(dá)掃描方式的矩形光學(xué)足趾，因此不僅能夠
消除光學(xué)足趾的運(yùn)動(dòng)垂直方向上的方位向成像分辨率不均勻及降低的現(xiàn)象，而且可
以設(shè)計(jì)最佳的矩形孔徑的尺度分別控制激光雷達(dá)光學(xué)足趾在方位向及其垂直方向上
的尺度，得到大掃描寬度和高方位向分辨率。


圖l是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
先請(qǐng)參閱圖l，圖l是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的示 意圖。圖l也是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明合成孔徑激光 成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線的構(gòu)成依次是物鏡瞳孔l、物鏡2、目鏡3和目鏡瞳孔
4，所述的物鏡瞳孔1位于所述的物鏡2的前焦面，所述是目鏡瞳孔4位于所述的目鏡3 的后焦面，所述的物鏡2和所述的目鏡3具有矩形孔徑，所述的物鏡2的焦距為,，所 述的目鏡3的焦距為/2，所述的物鏡2和所述的目鏡3之間的距離為/1 + /2，該望遠(yuǎn)鏡
的放大倍數(shù)為M-A。 /2
所述的物鏡瞳孔1是一個(gè)實(shí)的方形孔徑光闌，或只是一個(gè)平面位置。 所述的目鏡瞳孔4是一個(gè)實(shí)的方形孔徑光闌，或只是一個(gè)平面位置。 所述的物鏡2的外型為圓形或矩形。望遠(yuǎn)鏡作為接收光學(xué)天線時(shí)，所述的物鏡2面對(duì)目標(biāo)，所述的物鏡瞳孔1為接 收望遠(yuǎn)鏡入瞳，所述的目鏡瞳孔4為接收望遠(yuǎn)鏡出瞳，在該處放置光電探測(cè)器。望 遠(yuǎn)鏡作為發(fā)射光學(xué)天線時(shí)，所述的目鏡3面對(duì)發(fā)射激光光束，所述是目鏡瞳孔4為 發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的入瞳，所述的物鏡瞳孔1為發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的出瞳。事實(shí)上，望遠(yuǎn)鏡作為 接收光學(xué)天線時(shí)需要進(jìn)行空間二次項(xiàng)相位的補(bǔ)償(參考文獻(xiàn)4)，望遠(yuǎn)鏡作為發(fā)射光 學(xué)天線時(shí)可以進(jìn)行控制以產(chǎn)生合適的相位二次項(xiàng)歷程(參考文獻(xiàn)5)，而望遠(yuǎn)鏡同時(shí) 作為接收天線和發(fā)射天線時(shí)，需要采用雙向環(huán)路結(jié)構(gòu)分別實(shí)施相位補(bǔ)償和偏置(參 考文獻(xiàn)6)。本發(fā)明設(shè)定的望遠(yuǎn)鏡可以符合上述的使用條件。
本發(fā)明望遠(yuǎn)鏡作為接收光學(xué)天線的功能可以簡(jiǎn)述如下-
這時(shí)目鏡瞳孔4作為光學(xué)外差接收孔徑，令x為合成孔徑激光成像雷達(dá)的方位 方向和7為其在目鏡瞳孔4面內(nèi)的正交方向，其矩形孔徑光闌假設(shè)為
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中^和/,分別為矩形光電探測(cè)器孔徑光闌的方位向邊長(zhǎng)和垂直向邊長(zhǎng)。因此在望 遠(yuǎn)鏡物鏡瞳孔1面上的等效孔徑光闌為
不論在目鏡瞳孔4上設(shè)置矩形光闌或者在物鏡瞳孔1上設(shè)置矩形光闌，用矩形光電 探測(cè)器孔徑光闌表達(dá)都相當(dāng)于產(chǎn)生如下光學(xué)外差探測(cè)的方向性函數(shù)
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中《是合成孔徑激光成像雷達(dá)的方位方向(JC方向)上的發(fā)散角和^是其正交 方向(y方向)上的發(fā)散角。
本發(fā)明望遠(yuǎn)鏡作為發(fā)射光學(xué)天線時(shí)，輸入光束可以是平面波，高斯光束或其它
光束。 '
當(dāng)采用平面波發(fā)射時(shí)，這時(shí)目鏡瞳孔4是一個(gè)矩形孔徑光闌，或物鏡瞳孔1是 一個(gè)矩形孔徑光闌。用望遠(yuǎn)鏡物鏡瞳孔1面上的光闌孔徑函數(shù)表達(dá)歸一化發(fā)射場(chǎng)強(qiáng):
<formula>formula see original document page 10</formula>其中A和；分別為物鏡瞳孔l上矩形孔徑光闌的方位向邊長(zhǎng)和垂直向邊長(zhǎng)。該發(fā) 射場(chǎng)強(qiáng)相當(dāng)于產(chǎn)生發(fā)射光束的發(fā)散度方向性函數(shù)為
sin c| & ^ J sin c丄.
義
比
采用高斯光束發(fā)射時(shí)，該高斯光束應(yīng)當(dāng)具有橢圓波腰，假定在物鏡瞳孔1面上 有歸一化場(chǎng)強(qiáng)表達(dá)
q (x,力=exp
廣A 、、
(丄)2+(丄)2
。J 乂乂
乂
其中W^和VV(^分別為物鏡瞳孔1面上的高斯光束在方位向的波腰半徑和垂直向的
波腰半徑，這時(shí)橢圓高斯光束的發(fā)散度方向性函數(shù)為-
《《
2f A 〕2
」
已知望遠(yuǎn)鏡用作光學(xué)外差接收天線時(shí)應(yīng)當(dāng)采用空間二次項(xiàng)相位補(bǔ)償技術(shù)克服 回波球面像差并產(chǎn)生二次項(xiàng)相位歷程分量，而望遠(yuǎn)鏡用作光學(xué)發(fā)射天線時(shí)由于衍射 特性也會(huì)產(chǎn)生二次項(xiàng)相位歷程分量，并且可以進(jìn)行附加空間二次項(xiàng)相位偏置。因此， 最終的方位向相位二次項(xiàng)歷程的等效曲率半徑力可以表達(dá)為
1111
=一 + 一 + .
其中乂為回波接收時(shí)產(chǎn)生的相位歷程分量的曲率半徑，乂為發(fā)射光束產(chǎn)生的相位 歷程分量的曲率半徑，/。w是發(fā)射望遠(yuǎn)鏡空間相位偏置產(chǎn)生的附加相位歷程分量的 曲率半徑。例如在夫瑯和費(fèi)衍射區(qū)域并且不考慮附加偏置時(shí)有/^-乂二Z (參考文 獻(xiàn)5)。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，采用常數(shù)X來(lái)表達(dá)/力和Z之間的關(guān)系
2 z z z
X =-=--1---1"-
/々X乂 A必
因此在上述的夫瑯和費(fèi)衍射區(qū)域并不考慮附加偏置時(shí)，《=1 。
本發(fā)明具體考慮望遠(yuǎn)鏡同時(shí)作為光學(xué)外差接收天線和平面波發(fā)射天線和望遠(yuǎn)鏡 同時(shí)作為光學(xué)外差接收天線和高斯光束發(fā)射天線的兩種組合情況下的矩形孔徑望遠(yuǎn)設(shè)計(jì)。
定義光學(xué)足趾為在目標(biāo)面上發(fā)射光斑和外差有效接收面積的共同作用范圍, 目標(biāo)面坐標(biāo)Ca，")，其中a方向與;c方向平行，p方向與:v方向平行。
一、首先考慮本發(fā)明望遠(yuǎn)鏡同時(shí)作為光學(xué)外差接收天線和平面波發(fā)射天線 在物面上產(chǎn)生的光學(xué)足趾的歸一化表達(dá)為
= sine
風(fēng)
-a
smc
陽(yáng)"
sine
exp
式中義是波長(zhǎng)，z是到目標(biāo)的距離，目標(biāo)面a方位方向上的方向性函數(shù)第一零點(diǎn) 土^和發(fā)散度函數(shù)第一零點(diǎn)土^的小者稱(chēng)為a方向的最小第一零點(diǎn)，/ 方向上方
向性函數(shù)第一零點(diǎn)土A和發(fā)散度函數(shù)第一零點(diǎn)士^的小者稱(chēng)為々方向的最小第
氣 、
一零點(diǎn)，因此《方向兩個(gè)最小第一零點(diǎn)之間和"方向兩個(gè)最小第一零點(diǎn)之間構(gòu)成了 有效的矩形光學(xué)足趾工作區(qū)。典型的目標(biāo)點(diǎn)可以設(shè)定位于(0,/ )，則
smc
■a
sine
exp
J冗
smc
M少
-a
sine
exp
仏
對(duì)于上述空間相位二次項(xiàng)進(jìn)行匹配濾波，可以得到方位向成像，理想成像點(diǎn)的 點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為-
<formula>formula see original document page 12</formula>
一般要求接收和發(fā)射具有相等的口徑，即具有相同的接收方向性函數(shù)和發(fā)射光 束方向性函數(shù)，即
風(fēng)，=，
則點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為
PSFO)=的'
a:
、A 乂
方位向成像分辨率，即成像點(diǎn)直徑為t/ = 2Z^/K。
可見(jiàn)處于不同的/ 值上的目標(biāo)經(jīng)歷完全一致的相對(duì)振幅變化，因此具有相同 的方位向分辨率。選擇、^M》值，使得掃描條帶的寬度7;，達(dá)到7;=2,，以滿足設(shè)計(jì)需要；選擇^ — M》值和力值使得方位向分辨率&滿足設(shè)計(jì)需要，其方位 向空間積分寬度為7;=2#。這時(shí)接收面積為￡,"
二、下面考慮望遠(yuǎn)鏡同時(shí)作為光學(xué)外差接收天線和高斯光束發(fā)射天線，這時(shí)在 物面上產(chǎn)生的光學(xué)足趾的歸一化表達(dá)為
<formula>formula see original document page 13</formula>
、、
sine「風(fēng)， 、血 」
2廠>lZ2
、〉、」
6Xp
46
因此在目標(biāo)面《方位方向上的方向性函數(shù)第一零點(diǎn)±」二和々方向上的方向性函數(shù)
風(fēng)
第一零點(diǎn)土」二之間構(gòu)成了有效的矩形光學(xué)足趾工作區(qū)。典型的目標(biāo)點(diǎn)可以設(shè)定位
于(o,a),貝1」
" 、. 「M,)
or
exp
My
，
A2
V ，
義力
對(duì)于上述空間相位二次項(xiàng)進(jìn)行匹配濾波，可以得到方位向成像，理想成像點(diǎn)的點(diǎn)擴(kuò) 散函數(shù)為
尸SF(jc) =
"、
、風(fēng)/
:exp
V K 乂
一般要求:
4
M,.，
=■
4
其分辨率，即成像點(diǎn)直徑大約為^ = 1.
可見(jiàn)處于不同的a值上目標(biāo)經(jīng)歷完全一致的相對(duì)振幅變化，因此具有相同的
方位向分辨率?？梢赃x擇適當(dāng)?shù)腗y值使得掃描條帶的寬度達(dá)到7;-2A，以滿足
' 服，
13設(shè)計(jì)需要；可以選擇適當(dāng)?shù)腗,值和/^使得方位向分辨率d滿足設(shè)計(jì)需要，其方位
向積分寬度為7;=2」匸。這時(shí)接收面積為M2/^。 風(fēng) x ^
本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線也可以用作非相干孔徑合 成的反射層析激光雷達(dá)的光學(xué)天線。
一個(gè)實(shí)施例的合成孔徑激光成像雷達(dá)要求成像觀察距離分別為500h ，分辨率 直徑5cw 。采用本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線同時(shí)作為光學(xué) 外差接收天線和平面波發(fā)射天線的方式，設(shè)計(jì)〖=4，經(jīng)計(jì)算得到，^=100附附， 而"方向的物面照明寬度為15.5w;取、=20/ 附，照明掃描條帶寬度為77.5m。
權(quán)利要求
1、一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，特征在于其構(gòu)成依次是物鏡瞳孔(1)、物鏡(2)、目鏡(3)和目鏡瞳孔(4)，所述的物鏡瞳孔(1)位于所述的物鏡(2)的前焦面，所述是目鏡瞳孔(4)位于所述的目鏡(3)的后焦面，所述的物鏡(2)的焦距為f1，所述的目鏡(3)的焦距為f2，所述的物鏡(2)和所述的目鏡(3)之間的距離為f1+f2，該望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)為所述的物鏡瞳孔(1)、物鏡(2)、目鏡(3)或目鏡瞳孔(4)具有矩形孔徑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特 征在于所述的物鏡瞳孔(1)是一個(gè)實(shí)的方形孔徑光闌，或只是一個(gè)平面位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特 征在于所述的目鏡瞳孔(4)是一個(gè)實(shí)的方形孔徑光闌，或只是一個(gè)平面位置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特 征在于所述的物鏡(2)的外型為圓形或矩形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特 征在于所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡作為接收光學(xué)天線時(shí)，所述 的物鏡(2)面對(duì)目標(biāo)，所述的物鏡瞳孔(1)為接收望遠(yuǎn)鏡入瞳，所述的目鏡瞳孔(4)為接收望遠(yuǎn)鏡出瞳，在該處放置光電探測(cè)器，需要進(jìn)行空間二次項(xiàng)相位的補(bǔ)償。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特 征在于所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡作為發(fā)射光學(xué)天線時(shí)，所述 的目鏡(3)面對(duì)發(fā)射激光光束，所述是目鏡瞳孔(4)為發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的入瞳，所述 的物鏡瞳孔(1)為發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的出瞳，進(jìn)行控制以產(chǎn)生合適的相位二次項(xiàng)歷程。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特 征在于所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡同時(shí)作為接收光學(xué)天線和發(fā) 射光學(xué)天線時(shí)，采用雙向環(huán)路結(jié)構(gòu)分別實(shí)施相位補(bǔ)償和偏置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特 征在于所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線同時(shí)作為光學(xué)外差接收 天線和平面波發(fā)射天線時(shí)，所述的物鏡瞳孔(1)的矩形孔徑光闌的方位向邊長(zhǎng)^和垂直向邊長(zhǎng)//滿足下列關(guān)系式<formula>formula see original document page 3</formula>式中d為方位向成像分辨率直徑，7;為掃描條帶的寬度，7;為方位向空間積分寬度，A是激光波長(zhǎng)，z是主望遠(yuǎn)鏡到目標(biāo)的距離，《是表達(dá)/々和z之間關(guān)系的常數(shù)，//(是最終的方位向相位二次項(xiàng)歷程的等效曲率半徑，/;為回波接收時(shí)產(chǎn)生的 相位歷程分量的曲率半徑，,為發(fā)射光束產(chǎn)生的相位歷程分量的曲率半徑，/。w是 發(fā)射望遠(yuǎn)鏡空間相位偏置產(chǎn)生的附加相位歷程分量的曲率半徑。
9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其特征在于所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線同時(shí)作為光學(xué)外差接收 天線和高斯光束發(fā)射天線，所述的物鏡瞳孔(1)的矩形孔徑光闌的方位向邊長(zhǎng)/,和 垂直向邊長(zhǎng)/y分別滿足下列關(guān)系式-<formula>formula see original document page 3</formula>式中W^和W。，y分別為物鏡瞳孔(1)面上的高斯光束在方位向的波腰半徑和垂直向的波腰半徑，d為方位向成像分辨率直徑，7;為掃描條帶的寬度，7;為方位向空間積分寬度，義是激光波長(zhǎng)，z是主望遠(yuǎn)鏡到目標(biāo)的距離，尺是表達(dá)/々和z之間關(guān)系的常數(shù)，//(是最終的方位向相位二次項(xiàng)歷程的等效曲率半徑，,為回波接收時(shí)產(chǎn)生的相位歷程分量的曲率半徑，y;為發(fā)射光束產(chǎn)生的相位歷程分量的曲率半徑， y^是發(fā)射望遠(yuǎn)鏡空間相位偏置產(chǎn)生的附加相位歷程分量的曲率半徑。
10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其 特征在于所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線可用作非相干孔徑合 成的反射層析激光雷達(dá)的光學(xué)天線。
全文摘要
一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的矩形孔徑望遠(yuǎn)鏡天線，其構(gòu)成依次是物鏡瞳孔、物鏡、目鏡和目鏡瞳孔，所述的物鏡瞳孔位于所述的物鏡的前焦面，所述是目鏡瞳孔位于所述的目鏡的后焦面，所述的物鏡瞳孔、物鏡、目鏡或目鏡瞳孔具有矩形孔徑，所述的物鏡的焦距為f₁，所述的目鏡的焦距為f₂，所述的物鏡和所述的目鏡之間的距離為f₁+f₂。本發(fā)明可以產(chǎn)生符合合成孔徑激光成像雷達(dá)掃描方式的矩形光學(xué)足趾，能夠消除光學(xué)足趾的運(yùn)動(dòng)垂直方向上的方位向成像分辨率不均勻和分辨率降低現(xiàn)象，可以設(shè)計(jì)最佳的矩形孔徑的尺度分別控制激光雷達(dá)光學(xué)足趾在方位向及其垂直方向上的尺度，得到大掃描寬度和高方位向分辨率。
文檔編號(hào)G01S7/481GK101464516SQ20091004512
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者劉立人 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所