直視合成孔徑激光成像雷達(dá)本振增強(qiáng)接收裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種直視合成孔徑激光成像雷達(dá)本振增強(qiáng)接收裝置，用于直視合成孔 徑激光成像雷達(dá)中對信號光進(jìn)行本振增強(qiáng)，以提高接收靈敏度，并通過聚焦透鏡聚焦信號 光，提高了接收視場，最后經(jīng)處理電路輸出探測目標(biāo)圖像。
【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?qū)崿F(xiàn) 厘米量級成像分辨率的唯一光學(xué)成像手段(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，光學(xué)學(xué)報，Vol.28,997~1000,2008)。傳統(tǒng)的合成孔徑激光成像雷達(dá)在側(cè)視 條件下實施距離向的距離分辨成像，在方位向?qū)嵤┛讖胶铣桑磦?cè)視合成孔徑激光成像雷 達(dá)。側(cè)視合成孔徑激光成像雷達(dá)采用光學(xué)外差接收，受大氣干擾、運(yùn)動平臺振動、目標(biāo)散斑 和激光雷達(dá)系統(tǒng)本身相位變化等影響很大，嚴(yán)重影響了側(cè)視合成孔徑激光成像雷達(dá)的實用 化。直視合成孔徑激光成像雷達(dá)采用波前變換原理對目標(biāo)投射兩個同軸同心且偏振正交的 光束并且進(jìn)行自差接收，能夠大大降低大氣、運(yùn)動平臺、光雷達(dá)系統(tǒng)和散斑等相位變化和干 擾的影響，允許使用低質(zhì)量的接收光學(xué)系統(tǒng)，不需要光學(xué)延時線，無需進(jìn)行實時拍頻信號相 位同步，成像無陰影等優(yōu)點（直視合成孔徑激光成像雷達(dá)原理，光學(xué)學(xué)報，Vol.32,0928002_ 1~8,2012)。
[0003] 先技術(shù)[1 ](劉立人，直視合成孔徑激光成像雷達(dá)，公開號:CN102435996)和先技術(shù) [2](雙曲波前差自掃描直視合成孔徑激光成像雷達(dá)原理，光學(xué)學(xué)報，V〇1.35,0128001-l~ 10,2015)中使用自由空間光學(xué)橋接器接收直視合成孔徑激光成像雷達(dá)回波信號，但是由于 直視合成孔徑激光成像雷達(dá)接收的信號光強(qiáng)度較弱，該種方法不能顯著提高接收靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服直視合成孔徑激光成像雷達(dá)探測靈敏度較低的問題，提出 一種適用于直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的本振增強(qiáng)接收裝置，將本振光與信號光進(jìn)行干 涉，通過增大本振光的入射光強(qiáng)度來提高接收系統(tǒng)的靈敏度，最終經(jīng)處理電路輸出目標(biāo)圖 像。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] -種直視合成孔徑激光成像雷達(dá)本振增強(qiáng)接收裝置，其構(gòu)成包括:接收望遠(yuǎn)鏡物 鏡、接收望遠(yuǎn)鏡目鏡、聚焦透鏡、第一二分之一波片、第一偏振分束器、第二二分之一波片、 第二偏振分束器、第一探測器、第二探測器、第三二分之一波片、第三偏振分束器、第三探測 器、第四探測器、H-偏振平衡接收電路、V-偏振平衡接收電路、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)字信號處理 器、圖像處理器。上述部件位置關(guān)系如下：
[0007] 所述的接收望遠(yuǎn)鏡物鏡與接收望遠(yuǎn)鏡目鏡組成接收望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，信號光經(jīng)過接收 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)接收，通過聚焦透鏡聚焦到第一探測器、第二探測器、第三探測器和第四探測器 探測面上；
[0008] 所述的第一偏振分束器將信號光中偏振正交的H-偏振光和V-偏振光分解，H-偏振 光依次經(jīng)過第二二分之一波片和第二偏振分束器分解為兩束光，分別輸出到第一探測器和 第二探測器上;V-偏振光依次經(jīng)過第三二分之一波片和第三偏振分束器分解為兩束光，分 別輸出到第三探測器和第四探測器上；
[0009] 所述的第一偏振分束器將經(jīng)過第一二分之一波片的本振光分為兩束光，其中一束 依次經(jīng)過第二二分之一波片和第二偏振分束器分解為兩束光，分別輸出到第一探測器和第 二探測器上，并與第一探測器和第二探測器上的H-偏振光進(jìn)行干涉；另一束依次經(jīng)過第三 二分之一波片和第三偏振分束器分解為兩束光，分別輸出到第三探測器和第四探測器上， 與第三探測器和第四探測器上的V-偏振光進(jìn)行干涉；
[0010] 所述的H-偏振平衡接收電路接收第一探測器和第二探測器輸出信號，V-偏振平衡 接收電路接收第三探測器和第四探測器輸出信號；
[0011] 所述的數(shù)據(jù)采集器采集H-偏振平衡接收電路和V-偏振平衡接收電路輸出信號，并 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出到數(shù)字信號處理器中進(jìn)行數(shù)字信號處理，數(shù)字信號處理器處理后的信 號輸出到圖像處理器中顯示目標(biāo)圖像。
[0012] 所述的探測器可以為單點探測器、四象限探測器或陣列探測器。
[0013] 所述的偏振分束器均為對入射的水平偏振光透射，垂直偏振光反射。
[0014] 所述的第二二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設(shè)置，和 所述的第三二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設(shè)置，均使得透射 光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度或135度。
[0015] 本發(fā)明具有如下特點：
[0016] 1、本發(fā)明所述的聚焦透鏡將信號光聚焦到探測器上，提高接收視場。
[0017] 2、本發(fā)明所述的第一偏振分束器將信號光中偏振正交的H-偏振光和V-偏振光分 解，引入強(qiáng)度較強(qiáng)的本振光分別與強(qiáng)度較弱的H-偏振光和V-偏振光進(jìn)行干涉，對H-偏振光 和V-偏振光進(jìn)行本振增強(qiáng)，提高接收靈敏度。
[0018] 3.本發(fā)明所述的H-偏振平衡接收電路和V-偏振平衡接收電路將探測器接收的信 號進(jìn)行平衡接收，消除共模噪聲，提高接收信噪比。
[0019] 4、本發(fā)明所述的探測器可以是單點光電探測器，也可以是四象限光電探測器或陣 列光電探測器，以實現(xiàn)對信號光和本振光相干光場的分割，進(jìn)一步增大接收大視場，提高接 收靈敏度。
[0020] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0021 ]本發(fā)明用于直視合成孔徑激光成像雷達(dá)接收并處理探測目標(biāo)回波信號，采用偏振 分束器將直視合成孔徑激光成像雷達(dá)探測目標(biāo)回波信號中H-偏振光和V-偏振光進(jìn)行分離， 并分別與較強(qiáng)的本振光進(jìn)行干涉，采用聚焦透鏡將接收的信號光聚焦到探測器上，并用平 衡接收電路對探測器接收的信號進(jìn)行平衡接收，通過數(shù)據(jù)采集器采集平衡接收信號，經(jīng)過 數(shù)字信號處理器和圖像處理器最終顯示出探測目標(biāo)圖像。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明直視合成孔徑激光成像雷達(dá)本振增強(qiáng)接收裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
[0024] 先參閱圖1，圖1是本發(fā)明直視合成孔徑激光成像雷達(dá)本振增強(qiáng)接收裝置結(jié)構(gòu)圖。 由圖1可見，一種直視合成孔徑激光成像雷達(dá)本振增強(qiáng)接收裝置，其構(gòu)成包括:接收望遠(yuǎn)鏡 物鏡11、接收望遠(yuǎn)鏡目鏡12、聚焦透鏡13、第一二分之一波片14、第一偏振分束器15、第二二 分之一波片16、第二偏振分束器17、第一探測器18、第二探測器19、第三二分之一波片20、第 三偏振分束器21、第三探測器22、第四探測器23、H-偏振平衡接收電路24、V-偏振平衡接收 電路25、數(shù)據(jù)采集器26、數(shù)字信號處理器27、圖像處理器28。上述部件位置關(guān)系如下：
[0025]所述的接收望遠(yuǎn)鏡物鏡11與接收望遠(yuǎn)鏡目鏡12組成接收望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，信號光經(jīng)過 接收望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)接收，通過聚焦透鏡13射入第一偏振分束器15,該第一偏振分束器15將信 號光中偏振正交的H-偏振光和V-偏振光分解，H-偏振光經(jīng)第二二分之一波片16后，射入第 二偏振分束器17,并通過第二偏振分束器17分解為兩束，分別聚焦到第一探測器18和第二 探測器19上;V-偏振光經(jīng)第三二分之一波片20后，射入第三偏振分束器21，并通過該第三偏 振分束器21分解為兩束，分別聚焦到第三探測器22和第四探測器23上;本振光依次經(jīng)過第 一二分之一波片14和第一偏振分束器15分為兩束光，其中一束依次經(jīng)過第二二分之一波片 16和第二偏振分束器17分解為兩束光，分別輸出到第一探測器18和第二探測器19上，并與 第一探測器18和第二探測器19上的H-偏振光進(jìn)行干涉；另一束依次經(jīng)過第三二分之一波片 20和第三偏振分束器21分解為兩束光，分別輸出到第三探測器22和第四探測器23上，與第 三探測器22和第四探測器23上的V-偏振光進(jìn)行干涉;H-偏振平衡接收電路24接收第一探測 器18和第二探測器19輸出信號，V-偏振平衡接收電路25接收第三探測器22和第四探測器23 輸出信號，數(shù)據(jù)采集器26采集H-偏振平衡接收電路24和V-偏振平衡接收電路25輸出信號， 并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出到數(shù)字信號處理器27中進(jìn)行數(shù)字信號處理，數(shù)字信號處理器27處理 后的信號輸出到圖像處理器28中顯示目標(biāo)圖像。
[0026] 所述的偏振分束器均為對入射的水平偏振光透射，垂直偏振光反射。
[0027] 所述的第二二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設(shè)置，和 所述的第三二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設(shè)置，均使得透射 光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度或135度。
[0028] 直視合成孔徑激光成像雷達(dá)工作狀態(tài)是其光軸垂直對準(zhǔn)目標(biāo)面，雷達(dá)搭載平臺的 運(yùn)動方向為順軌方向（記為y方向），順軌的正交方向為交軌方向（記為X方向），光軸方向為 雷達(dá)的直視方向（記為z方向）。雷達(dá)搭載平臺的運(yùn)動在交軌向產(chǎn)生與目標(biāo)橫向位置成正比 的線性相位項調(diào)制，同時在順軌向產(chǎn)生以目標(biāo)縱向位置為中心的可控二次項相位歷程，因 此直視合成孔徑激光成像雷達(dá)的發(fā)射光束為具有空間拋物相位波前差的同軸偏轉(zhuǎn)正交偏 振的發(fā)射雙光束，其中H-偏振光（水平偏振光）傳播的光路為H-通道，V-偏振光（垂直偏振 光)傳播的光路為H-通道?？梢苑治鲆粋€在交軌向坐標(biāo)為x P，在順軌向坐標(biāo)為y p的目標(biāo)點的 成像來解釋整個目標(biāo)的成像過程。
[0029] 目標(biāo)點（Xp，yp)在接收望遠(yuǎn)鏡物鏡11上的回波信號為兩個等強(qiáng)度的偏振正交的H-偏振光和V-偏振光，可以表不為：
[0030]
[0031]
[0032] 回波信號的空間相位差為：
[0033]
[0034] 直視合成孔徑激光成像雷達(dá)回波信號的空間相位差包含交軌向的線性相位項調(diào) 制和順軌向的相位二次項歷程，可以表示為如下形式：
[0035]
[0036] 其中，X