合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，包括發(fā)射光學(xué)天線和接收光學(xué)天線，發(fā)射光學(xué)天線的發(fā)射光束經(jīng)由反射鏡與接收光學(xué)天線同光軸，望遠鏡系統(tǒng)后焦面處設(shè)有光調(diào)制器。本發(fā)明以合成孔徑和外差接收技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)射天線與接收天線設(shè)計為一體結(jié)構(gòu)，同軸收發(fā)，結(jié)構(gòu)更緊促簡單、更緊促牢靠，發(fā)射和接收更容易匹配，失配角要求變低，利用光調(diào)制器實時消除接收信號二次項相位影響，保證接收到較高的信噪比和較大的接收視場，實現(xiàn)合成孔徑寬幅成像。
【專利說明】合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合成孔徑激光成像雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑激光成像雷達(SAIL)原理來源于微波合成孔徑雷達，是能夠在遠距離實現(xiàn)厘米量級分辨率的唯一光學(xué)成像手段。但激光波長比微波波長小3 - 6個數(shù)量級，因此其信號發(fā)射和接收又具有了光學(xué)領(lǐng)域的新要求。合成孔徑激光成像雷達方位向分辨率主要取決于光學(xué)發(fā)射天線的有效口徑，并且與天線口徑直徑成正比，因此為了獲得大的光學(xué)足趾和高的分辨率，發(fā)射天線口徑一般較?。粸榱双@得較高的回波信號強度及外差信號信噪比，要求外差接收的視場與激光發(fā)射的發(fā)散視場相同，且外差接收天線口徑越大越好(參見[1]R.L.Lucke, L.J.Rickard, M.Bashkansky, J.Reint jes, E.E.Funk.Syntheticaperture ladar(SAL)-Fundamental theory, Design equations for a satellitesystem, and Laboratory demonstration2002, Naval Research Laboratory report NRL/FR/7218-02-10 ；[2]劉立人.合成孔徑激光成像雷達(III):雙向環(huán)路發(fā)射接收望遠鏡[J].光學(xué)學(xué)報，2008，28 (7)，1405-1410.)。然而由于大口徑加工工藝限制，接收口徑總是有限，所能夠接收到的目標(biāo)回波信號很小，大的接收口徑同時又帶來接收視場降低，這將嚴(yán)重影響信號探測難度和雷達系統(tǒng)性能(參見[3] Steven M.Beck, Joseph R.Buck, WalterF.Buell etal..Synthetic-aperture imaging laser radar:laboratory demonstrationand signal processing[J].Appl.0pt., 2005, 44(35):7621-7629.)
[0003]先前技術(shù)[4] (A.E.Siegman.The antenna properties of optical heterodynereceivers [J], Pr0.1EEE, 1966，54 (10): 1350-1356)曾給出 了光學(xué)外差接收的天線理論:天線接收立體角和接收口徑的有效面積乘積近似等于波長的平方，因此理論上接收視場和有效接收孔徑總是此消彼長的關(guān)系。對于合成孔徑激光成像雷達，先前技術(shù)[5](聞愛民，劉立人，周煜，孫建鋒.通用的合成孔徑激光成像雷達光學(xué)天線，實用新型專利，申請?zhí)?200920066851.0)提出了一種通用的合成孔徑激光成像雷達光學(xué)天線結(jié)構(gòu)，但是該裝置發(fā)射望遠鏡和接收望遠鏡通過一個公用的主望遠鏡集裝在一起，必須發(fā)射接收分時進行，且最大視場角僅由光學(xué)天線口徑的衍射極限決定，視場有限。先前技術(shù)[6](劉立人.合成孔徑激光成像雷達的透鏡焦面陣列外差接收光學(xué)天線，發(fā)明專利，申請?zhí)?200910056646.0)提出采用透鏡焦面處平衡陣列探測器實現(xiàn)寬幅多通道信號接收成像，可以突破文獻[4]所述的光學(xué)外差接收天線理論的限制，獲得較大接收視場；但是沒有考慮消除回波信號的二次相位的影響，透鏡口徑尺寸依舊無法做到很大，且無法調(diào)整本振光斑、信號光光斑和陣列探測器單元的相對面積關(guān)系，接收的信號光強度利用率有限，最終成像信噪比較低；方案中實施例所提及的卡塞格倫望遠系統(tǒng)，次鏡是拋物面形反射鏡，彗差很大，可用視場較小，實際應(yīng)用中會限制陣列探測的有效視場，不適合大視場合成孔徑激光成像雷達應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明旨在提供一種實時消除接收信號二次項相位影響、實現(xiàn)高質(zhì)量合成孔徑成像的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線。
[0005]技術(shù)方案:一種合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，包括發(fā)射光學(xué)天線，包括光源、沿光源光路設(shè)置的發(fā)射天線孔徑光闌和反射鏡；
[0006]接收光學(xué)天線，包括目標(biāo)回波、沿目標(biāo)回波入射方向依次設(shè)有的接收天線孔徑光闌、望遠鏡系統(tǒng)、會聚透鏡、合束鏡及平衡陣列探測系統(tǒng)；
[0007]發(fā)射光學(xué)天線的發(fā)射光束經(jīng)由反射鏡與接收光學(xué)天線同光軸，望遠鏡系統(tǒng)后焦面處設(shè)有光調(diào)制器。經(jīng)過調(diào)制的本振光參考光與經(jīng)過光調(diào)制器相位補償后的會聚光于合束鏡混頻合束，由位于所述的會聚透鏡后焦面處的平衡陣列探測系統(tǒng)外差接收。
[0008]所述光調(diào)制器為相位型液晶空間光調(diào)制器。
[0009]所述相位型液晶空間光調(diào)制器的調(diào)制信號的表達式為:
【權(quán)利要求】
1.一種合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，包括: 發(fā)射光學(xué)天線，包括光源、沿光源光路設(shè)置的發(fā)射天線孔徑光闌和反射鏡； 接收光學(xué)天線，包括目標(biāo)回波、沿目標(biāo)回波入射方向依次設(shè)有的接收天線孔徑光闌、望遠鏡系統(tǒng)、會聚透鏡、合束鏡及平衡陣列探測系統(tǒng)； 其特征在于，發(fā)射光學(xué)天線的發(fā)射光束經(jīng)由反射鏡與接收光學(xué)天線同光軸，望遠鏡系統(tǒng)后焦面處設(shè)有光調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述光調(diào)制器為相位型液晶空間光調(diào)制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述相位型液晶空間光調(diào)制器的調(diào)制信號的表達式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述會聚透鏡的前焦面處設(shè)有會聚透鏡光闌，會聚透鏡光闌緊貼在所述光調(diào)制器上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述會聚透鏡光闌、發(fā)射天線孔徑光闌及接收天線孔徑光闌同時為方形孔徑或圓形孔徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述會聚透鏡光闌設(shè)有孔徑尺寸調(diào)節(jié)機構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述平衡陣列探測系統(tǒng)包括波片、偏振分光棱鏡、第一光電探測陣列、第二光電探測陣列、加法器和平衡接收陣列電路，波片為λ/2或λ/4波片，波片設(shè)置在偏振分光棱鏡之前，第一光電探測陣列和第二光電探測陣列位于所述會聚透鏡的后焦面處；加法器的輸入端分別與所述的第一光電探測陣列和第二光電探測陣列的輸出端相連；加法器的輸出端與平衡接收陣列電路的輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述望遠鏡系統(tǒng)包括接收望遠鏡物鏡主鏡、接收望遠鏡物鏡次鏡、接收望遠鏡目鏡，所述接收天線孔徑光闌位于接收望遠鏡物鏡主鏡的前焦面處；接收望遠鏡物鏡主鏡的凹反射面與接收望遠鏡物鏡次鏡的凹反射面相對，接收望遠鏡物鏡主鏡的焦點和接收望遠鏡物鏡次鏡的前焦點重合，接收望遠鏡目鏡的前焦點和接收望遠鏡物鏡次鏡的后焦點重合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述接收望遠鏡物鏡主鏡為拋物面反射鏡，所述接收望遠鏡物鏡次鏡為橢球面反射鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑激光成像雷達收發(fā)同軸光學(xué)天線，其特征在于，所述發(fā)射光學(xué)天線還包括用于隔離目標(biāo)回波信號對光源干擾的光隔離系統(tǒng)，光隔離系統(tǒng)位于所述發(fā)射天線孔徑光闌之前。
【文檔編號】G01S7/481GK103954955SQ201410172862
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】盧棟, 許俊, 周軍, 職亞楠, 姚紅權(quán), 張雷 申請人:南京先進激光技術(shù)研究院