基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器制造技术

一种基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器，利用光学成像处理手段对合成孔径激光成像雷达的目标回波数据进行成像处理，其基本构成包括，激光器、准直扩束单元、合成孔径激光成像雷达回波数据存储单元、透射式强度型液晶空间光调制器、第一球面透镜、狭缝、第二球面透镜、柱面透镜、第三球面透镜以及光屏，基本原理为合成孔径激光成像雷达回波数据存储单元接收到的目标回波数据加载到强度型液晶空间光调制器上对入射平面光波进行调制，出射光波经过带通滤波后，距离向与方位向同时实现聚焦，成像结果经过放大后显示于光屏上。此系统实现了合成孔径激光成像雷达强度回波信号的带通滤波，且成像结果易于观察，在未来机载以及星载合成孔径激光成像雷达系统中有广泛应用前景。

Optical processor for Synthetic Aperture Ladar Imaging Based on band pass filter

An optical processor for synthetic aperture imaging ladar band-pass filter based on image processing using target echo data processing method for optical imaging of synthetic aperture laser imaging radar, the basic components include laser, collimating and beam expanding unit, synthetic aperture laser imaging radar data storage unit, a transmission type liquid crystal spatial intensity the first light modulator, spherical lens, slit, second spherical lens, cylindrical lens, spherical lens and third light screen, the target echo data is loaded into the strength of liquid crystal spatial light modulator is the basic principle of synthetic aperture laser imaging radar echo data storage unit receives on the incident plane wave modulated light wave through the band-pass filter after the distance and azimuth and focus, the imaging result is amplified and displayed on the screen. This system realizes the band-pass filter of synthetic aperture laser imaging radar echo signal, and the imaging results are easy to observe, it has a wide application prospect in the future of airborne and spaceborne synthetic aperture laser imaging radar system.

【技术实现步骤摘要】
基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器
本专利技术涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器，利用滤波器完成带通滤波，然后同时实现雷达回波信号距离向、方位向聚焦，成像结果显示在光屏上。
技术介绍
合成孔径激光成像雷达(SAIL)的原理取之于射频领域的合成孔径雷达(SAR)原理，是国外报道的能够在远距离获得厘米量级分辨率的唯一的光学成像观察手段。合成孔径激光成像雷达的发射激光采用光频线性调制即啁啾调制，光电外差接收采用去斜解调方式即采用同样的啁啾发射激光作为外差本机振荡器光束，因此得到了在距离向包含距离信息和在方位向包含相位历程信息的回波差频数据。目标面上每个点的回波数据相位距离向为与距离向快时间有关的线性项相位，方位向为与方位向慢时间有关的二次项相位。2002年以来，合成孔径激光成像雷达在实验室先后得到了验证【参见文献1：M.Bashkansky,R.L.Lucke,E.Funk,L.J.Rickard,andJ.Reintjes，“Two-dimensionalsyntheticapertureimagingintheopticaldomain,”OpticLetters,Vol.27,pp1983-1985(2002),；文献2：W.Buell,N.Marechal,J.Buck,R.Dickinson,D.Kozlowski,T.Wright,andS.Beck，“DemonstrationsofSyntheticApertureImagingLadar，”Proc.ofSPIEVol.5791pp152-166(2005)，；文献3：周煜，许楠，栾竹，闫爱民，王利娟，孙建锋，刘立人，尺度缩小合成孔径激光雷达的二维成像实验，光学学报，Vol.31(9)(2011)，；文献4：刘立人，周煜，职亚楠，孙建锋，大口径合成孔径激光成像雷达演示样机及其实验室验证，光学学报，Vol.29(7):2030～2032(2011)】，2006年在美国国防先进计划局支持下的雷声公司和诺格公司分别实现了机载合成孔径激光雷达实验(无任何细节报道)【参见文献5：J.Ricklin,M.Dierking,S.Fuhrer,B.Schumm,andD.Tomlison,“Syntheticapertureladarfortacticalimaging,”DARPAStrategicTechnologyOffice.】。2011年，洛马公司对1.6公里处的地面目标实现了机载合成孔径激光成像雷达成像实验【参见文献6：BrianW.Krause,JoeBuck,ChrisRyan,DavidHwang,PiotrKondratko,AndrewMalm,AndyGleason“SyntheticApertureLadarFlightDemonstration，”】。在上述所有相关报道中【参见文献1、2、3、4、5、6】，回波数据的成像处理方式都是数字成像处理方式，即将光电接收和数字化之后的回波数据首先进行快速傅里叶变换实现目标距离向聚焦成像，然后将距离向聚焦成像后的数据采用空间的二次项匹配滤波实现目标的方位向聚焦成像。这两步在时间上有先后顺序，不能同时进行，需要相对较长的成像处理时间。尤其是随着未来机载以及星载SAIL系统对回波数据量的大大增加，对上述数字处理技术提出了严峻的挑战。在先技术【文献7：孙志伟，职亚楠，孙建锋，周煜，侯培培，刘立人，合成孔径激光成像雷达的光学自聚焦成像装置与成像方法，专利技术专利，申请号：201410088151.7】中，提出利用光学成像的方式对合成孔径激光成像雷达的回波数据进行成像处理。对于强度型的合成孔径激光成像雷达回波信号，距离向傅里叶变换后在距离向频谱面上有三部分，正频、负频以及零频，但是方位向相位二次项匹配滤波过程中能够实现方位向聚焦的只有负频部分，另外，零频光强要远远强于负频光强，因此，不能实现聚焦的正频以及零频部分会严重影响成像结果的观察，但是，此专利技术专利并没有涉及正频以及零频部分的滤除。除此之外，由于此专利技术专利中光学成像结果较小，只能利用CCD接收成像结果再由计算机进行显示，成像过程较复杂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提出了一种基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器，首先利用带通滤波器对合成孔径激光成像雷达回波信号的零频、正频部分进行滤除，然后同时完成距离向、方位向聚焦成像，成像结果由光屏显示。本专利技术的技术解决方案如下：一种基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器，其特征在于其构成包括激光器、准直扩束单元，合成孔径激光成像雷达数据接收单元，透射式强度型液晶空间光调制器，第一球面透镜，狭缝，第二球面透镜，柱面透镜，第三球面透镜，光屏，沿所述的激光器发出的激光光轴方向上依次是所述的准直扩束单元，透射式强度型液晶空间光调制器，第一球面透镜，狭缝，第二球面透镜，柱面透镜，第三球面透镜，光屏，所述的合成孔径激光成像雷达数据接收单元的输入端接合成孔径激光成像雷达回波接收望远镜，所述的合成孔径激光成像雷达数据接收单元的输出端接所述的透射式强度型液晶空间光调制器的信号输入端；所述的透射式强度型液晶空间光调制器位于所述的第一球面透镜的前焦面上，所述的第一球面透镜的后焦面与所述的第二球面透镜的前焦面重合，该第一球面透镜的焦距为f1，所述的狭缝位于所述的第一球面透镜的后焦面上，该狭缝的开口方向与所述的透射式强度型液晶空间光调制器的距离向数据加载方向平行，该狭缝的宽度为d，该狭缝的中心与所述的激光器所发射激光的光轴的距离为Δξ＝(2ΔzkTfλif1fLFM)/(ac)，Δzk为点目标到合成孔径激光成像雷达接收望远镜的等效距离，Tf为回波数据距离向快时间采样宽度，λi为所述的激光器所发射激光波长，fLFM为合成孔径激光成像雷达发射激光频率的线性调制速率，a为所述的透射式强度型液晶空间光调制器距离向数据加载宽度，c为光在真空中的传播速度，所述的柱面透镜位于所述的第二球面透镜的后焦面上，所述的第二球面透镜的焦距为f2，所述的柱面透镜的母线方向与所述的透射式强度型液晶空间光调制器的方位向数据加载方向平行，该柱面透镜的焦距为λ为合成孔径激光成像雷达发射激光中心波长，M＝f2/f1，b所述的透射式强度型液晶空间光调制器方位向数据加载宽度，Bs为合成孔径激光成像雷达光学足趾方位向宽度，F光学足趾等效曲率半径，所述的柱面透镜的后焦面与所述的第三球面透镜的前焦面的距离为d1，所述的第三球面透镜的焦距为f4，所述的第三球面透镜的后焦面与所述的光屏的距离为d1与d2的大小关系为d1＜d2。本专利技术的技术效果：本专利技术提出将合成孔径激光成像雷达数据接收系统接收到的目标回波强度数据直接加载到透射式强度型液晶空间光调制器上，然后调制入射光强，利用两个球面透镜组以及狭缝组成的带通滤波器对回波信号的零频以及正频部分进行滤除，然后同时实现距离向、方位向聚焦成像，成像结果经过球面透镜放大后由光屏直接显示。本专利技术中加入了带通滤波系统，滤除了无法实现聚焦且对成像结果由较严重影响的零频、正频部分，且成像结果经过放大后由光屏显示，便于直接观察，无需CCD，成像步骤简单，是合成孔径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器，特征在于其构成包括激光器(10)、准直扩束单元(1)、合成孔径激光成像雷达数据接收单元(2)、透射式强度型液晶空间光调制器(3)、第一球面透镜(4)、狭缝(5)、第二球面透镜(6)、柱面透镜(7)、第三球面透镜(8)和光屏(9)，沿所述的激光器发出的激光光轴方向依次是所述的准直扩束单元(1)、透射式强度型液晶空间光调制器(3)，第一球面透镜(4)、狭缝(5)、第二球面透镜(6)、柱面透镜(7)、第三球面透镜(8)和光屏(9)；所述的合成孔径激光成像雷达数据接收单元(2)的输入端(21)接合成孔径激光成像雷达回波接收望远镜，该合成孔径激光成像雷达数据接收单元(2)的输出端(22)与所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)的信号输入端(31)相连；所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)位于所述的第一球面透镜(4)的前焦面上，所述的第一球面透镜(4)的后焦面与所述的第二球面透镜(6)的前焦面重合，所述的狭缝(5)位于所述的第一球面透镜(4)的后焦面上，该狭缝(5)的开口方向与所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)的距离向数据加载方向平行；所述的柱面透镜(7)位于所述的第二球面透镜(6)的后焦面上，所述的柱面透镜(7)的母线方向与所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)的方位向数据加载方向平行；所述的第三球面透镜(8)的后焦面与所述的光屏(9)的距离满足如下公式：...

【技术特征摘要】
1.一种基于带通滤波的合成孔径激光成像雷达的光学处理器，特征在于其构成包括激光器(10)、准直扩束单元(1)、合成孔径激光成像雷达数据接收单元(2)、透射式强度型液晶空间光调制器(3)、第一球面透镜(4)、狭缝(5)、第二球面透镜(6)、柱面透镜(7)、第三球面透镜(8)和光屏(9)，沿所述的激光器发出的激光光轴方向依次是所述的准直扩束单元(1)、透射式强度型液晶空间光调制器(3)，第一球面透镜(4)、狭缝(5)、第二球面透镜(6)、柱面透镜(7)、第三球面透镜(8)和光屏(9)；所述的合成孔径激光成像雷达数据接收单元(2)的输入端(21)接合成孔径激光成像雷达回波接收望远镜，该合成孔径激光成像雷达数据接收单元(2)的输出端(22)与所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)的信号输入端(31)相连；所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)位于所述的第一球面透镜(4)的前焦面上，所述的第一球面透镜(4)的后焦面与所述的第二球面透镜(6)的前焦面重合，所述的狭缝(5)位于所述的第一球面透镜(4)的后焦面上，该狭缝(5)的开口方向与所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)的距离向数据加载方向平行；所述的柱面透镜(7)位于所述的第二球面透镜(6)的后焦面上，所述的柱面透镜(7)的母线方向与所述的透射式强度型液晶空间光调制器(3)的方位向数据加载方向平行；所述的第三球面透镜(8)的后焦面与所述的光屏(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建锋，孙志伟，周煜，张宁，蔡光宇，李光远，张国，刘立人，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31