和y為接收望遠鏡物鏡11上的坐標(biāo)位置，kxp和kyP為回波信號曲率系數(shù)，α為 快時間在平臺運動交軌向的照明光斑中心位置時間參數(shù)，β為慢時間在平臺運動順軌向的 照明光斑中心位置時間參數(shù)?！饔び?分別為Η-通道和V-通道的大氣、運動平臺、光雷 達系統(tǒng)和散斑的相位變化和干擾。由于Η-通道和V-通道共光軸，因此有- Δ御《 0， 即具有自動消除相位變化和干擾的能力。
[0037]經(jīng)過接收望遠鏡后，在接收望遠鏡目鏡12出射面上的信號為：
[0038]
[0039]
[0040]其中接收望遠鏡物鏡焦距為f2,接收望遠鏡目鏡焦距為f\，M為望遠鏡放大倍率Μ = fi/f2〇
[0041]經(jīng)過接收望遠鏡后，通過焦距為f的聚焦透鏡13聚焦，經(jīng)過第二二分之一玻片16和 偏振分束器17分束，H-偏振光在第一探測器18和第二探測器19上的信號為：
[00491
[0043] V-偏振光在第三探測器22和第四探測器23上的信號為：
[0044]
[0045] 其中，λ為激光波長，CHS(xP，yP:a，0)和Cvs(xP，y P:a，0)為探測器上接收到回波信號 的幅度，抑(?, yp: w % /?)和抑W外:妁為探測器上接收到回波信號的 相位，
[0046]
[00
[0048]
%探測器上空間頻率，Xf和y f為探測器上坐標(biāo)位置。細(xì){w %、y/)_: 和奶分別為回波信號經(jīng)過聚焦透鏡13聚焦過程中引入的相位延遲，由于Η偏 振和V偏振光通過聚焦透鏡13共光軸聚焦，因此(/)〃/(Xp, yp: X/f = 0 s
[0049] 本振光可近似為平面波，第一探測器18、第二探測器19、第三探測器22和第四探測 器23上本振光可以表示為：
[0050]
[0051]
[0052] 其中，為本振激光初始相位，為本振激光經(jīng)過偏振分束器15反射，傳播到 第一探測器18和第二探測器19上引入的相位延遲，說祖,σ為本振激光透過偏振分束器15,傳 播到第三探測器22和第四探測器23上引入的相位延遲。
[0053] 探測器上相干面積為DxfXDyf，第一探測器18和第二探測器19上的相干接收積分 光功率為：
[0054]
[0055]
[0056] 從積分光功率，經(jīng)過探測器光電轉(zhuǎn)換以及跨阻放大，可以得到光信號轉(zhuǎn)化為電壓 信號的表達式，根據(jù)上述計算，可以進一步求得H-偏振平衡接收器24輸出電壓信號為：
[0057]
[0058]數(shù)據(jù)采集器26對該信號進行采集，數(shù)字信號處理器27對采集到的信號進行傅里葉 變換，通過數(shù)字濾波器濾除負(fù)頻率成分，再進行傅里葉變換，得到復(fù)數(shù)信號為：
[0059]
[0060] 同理可以得到V-偏振胷數(shù)化信號：
[0061]
[0062]其中，CHr和CVr為H-通道和V-通道中光電探測器光電轉(zhuǎn)換因子。將V-偏振復(fù)數(shù)化信 號復(fù)共輒與H-偏振復(fù)數(shù)化信號想乘得到：
[0063]
[0064] 由于本振光經(jīng)過偏振分束器15分開的兩束本振激光傳播到探測器上的光程較短， 兩束本振激光的相位差可以忽略不計，識??Μ -識SU5 ? 〇。
[0065] 可以在交軌向進行線性相位項調(diào)制的一維傅里葉變換聚焦成像，在順軌向進行二 次項相位歷程的共輒二次項相位匹配濾波聚焦成像。數(shù)字信號處理器27用于完成這些操 作。即為：
[0066]
[0067] 其中：ζ為交軌向空間頻率。上式可進一步近似為：
[0068] I(x,y) ? (Sx(x)*5(x+xp))(Sy(y)*5(y-yp))
[0069] 其中：Sx(x)為交軌向相干點擴散函數(shù)，Sy(y)為順軌向相干點擴散函數(shù)。顯然目標(biāo) 點成像中心位置在(_x P，yP)上，最終數(shù)字信號處理器27將處理后的信號輸出到圖像處理器 28,輸出目標(biāo)圖像。
[0070] 一個二維目標(biāo)上所有點的成像為：
[0071]
[0072] -般情況下，發(fā)射端可采用透鏡對相位進行調(diào)制，接收信號光場分布為：
[0073]
[0074]
[0075] 回波信號的空間相位差為：
[0076]
[0077]其中，RjPR2為回波信號等效二次項曲率半徑，Z為目標(biāo)中心距離，1/R3 = 1M+1/ R2〇
[0078] 可以進一步得到：
[0079]
[0080] 在交軌向進行線性相位項調(diào)制的一維傅里葉變換聚焦成像，在順軌向進行二次項 相位歷程的共輒二次項相位匹配濾波聚焦成像，即為：
[0081]
[0082] 其中：ζ = 為交軌向空間頻率。上式可進一步近似為：
[0083]
[0084]顯然目標(biāo)點成像中心位置在(_xP，yP)上，最終數(shù)字信號處理器27將處理后的信號 輸出到圖像處理器28,輸出目標(biāo)圖像。
[0085]分析表明，本接收裝置完全可以用于直視合成孔徑激光成像雷達對目標(biāo)成像，靈 敏度高，接收視場大，原理清楚，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1. 一種直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，特征在于其構(gòu)成包括接收望遠 鏡物鏡（11)、接收望遠鏡目鏡（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)和圖 像處理器(28)，上述部件位置關(guān)系如下： 所述的接收望遠鏡物鏡（11)與接收望遠鏡目鏡（12)組成接收望遠鏡系統(tǒng)，信號光經(jīng)過 接收望遠鏡系統(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； 本振光經(jīng)第一二分之一波片（14)射入第一偏振分束器（15)，該第一偏振分束器（15)將 本振光分為兩束，其中一束經(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-偏振光進行干涉；另一束經(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，分別輸出到 第三探測器(22)和第四探測器(23)上，并與第三探測器(22)和第四探測器(23)上的V-偏振 光進行干涉； 所述的H-偏振平衡接收電路(24)分別接收第一探測器（18)和第二探測器（19)輸出信 號，V-偏振平衡接收電路(25)分別接收第三探測器(22)和第四探測器(23)輸出信號，數(shù)據(jù) 采集器(26)分別采集H-偏振平衡接收電路(24)和V-偏振平衡接收電路(25)的輸出信號后， 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出到數(shù)字信號處理器(27)中進行數(shù)字信號處理，經(jīng)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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，其特征在于 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，引入強度較強的本振光 分別與強度較弱的H-偏振光和V-偏振光進行干涉。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，其特征在于 所述的聚焦透鏡將信號光聚焦到第一探測器（18)、第二探測器（19)、第三探測器(22)和第 四探測器(23)上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，其特征在于 所述的第二二分之一波片（16)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(20)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。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，其特征在于 所述的第一探測器（18)、第二探測器（19)、第三探測器(22)和第四探測器(23)均是單點光 電探測器、四象限光電探測器或陣列光電探測器。
【專利摘要】一種直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，包括了接收望遠鏡物鏡、接收望遠鏡目鏡、聚焦透鏡、二分之一波片、偏振分束器、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)字信號處理器和圖像處理器。直視合成孔徑激光成像雷達探測目標(biāo)回波信號光經(jīng)過接收望遠鏡接收，通過聚焦透鏡聚焦到探測器上，信號光經(jīng)過聚焦后在探測器面上形成聚焦光斑，增大了接收視場，探測器上強度較弱的信號光與強度較強的本振光進行干涉，提高了接收靈敏度，通過平衡接收電路，對探測器接收到的信號進行平衡接收，消除共模噪聲，提高了接收信噪比。本發(fā)明適用于直視合成孔徑激光成像雷達，具有較大的接收視場，較高的接收靈敏度，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于實現(xiàn)，實用性強。
【IPC分類】G01S17/89, G01S7/481
【公開號】CN105652285
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】孫建鋒, 張國, 周煜, 蔡光宇, 李光遠, 許蒙蒙, 張波, 張寧, 賈昱成, 劉立人
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月12日