聚束模式直视合成孔径激光成像雷达制造技术

一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其构成包括激光光源，发射偏振分束器，左臂交轨向柱面透镜，左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器，左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜，左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器，右臂交轨向柱面透镜，右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器，右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜，右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器，发射偏振合束器、发射主镜，接收望远镜，偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机，AD变换器，复数化转换器，图像处理和系统控制计算机，光学偏转器。本发明专利技术较条带扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达具有很高的系统接收灵敏度和顺轨向成像分辨率，特别适合于大光学足址和远距离目标的应用。

【技术实现步骤摘要】
聚束模式直视合成孔径激光成像雷达
本专利技术涉及合成孔径激光成像雷达，是一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达。原理上采用光学偏转器使得直视合成孔径激光成像雷达作直线运动时其光学足址固定指向所关注的目标区域，同时直视合成孔径激光成像雷达内部的顺轨向柱面透镜在顺轨向作同步移动，在光学足址相对静止状态下产生顺轨向相位二次项波前移动，得到目标的相位二次项历程。在交轨向仍然保留直视合成孔径激光成像雷达获得目标横向距离线性相位调制项的方法。目标成像算法采用传统的交轨向傅立叶变换聚焦和顺轨向共轭相位二次项匹配滤波聚焦算法。比较条带扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达，本专利技术的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达对于目标的作用累积时间和孔径合成距离可以达到数量级的增加，因此具有很高的系统接收灵敏度和可很大提高的顺轨向成像分辨率，特别适合于大光学足址和远距离应用。
技术介绍
合成孔径激光成像雷达的原理取之于射频领域的合成孔径雷达原理，是能够在远距离得到厘米量级成像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有两种原理结构(参考文献1)，一种是侧视合成孔径激光成像雷达，另外一种是直视合成孔径激光成像雷达。直视合成孔径激光成像雷达具有明显的特点和优点，包括：非常有效的降低了大气、运动平台、光雷达系统本身等相位干扰的影响；照明光斑可以很大，接收口径可以很大，因此能够获得较大的光学足趾和较强的回波接收功率；允许使用低质量的接收光学系统；不需要光学延时线；直视激光照射和接收下目标的反射率高；采用直视观察成像无阴影。传统的射频波段的合成孔径雷达通常有两种工作模式：一种是条带扫描模式，另外一种是聚束模式。聚束模式的优点是具有较高的成像分辨率,因此得到了广泛应用。至今已经发展了条带扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达(参考文献1－5)，但是还没有聚束模式的直视合成孔径激光成像雷达。下面是现有的有关参考文献：(1)LirenLiu,Coherentandincoherentsynthetic-apertureimagingladarsandlaboratory-spaceexperimentaldemonstrations,Appl.Opt.,52(4):579-599,(2013).(2)刘立人,直视合成孔径激光成像雷达原理，光学学报，2012,32(9):0920002-1～8.(3)刘立人，自干涉合成孔径激光三维成像雷达原理,光学学报，2014,34(5):0528001-8.(4)栾竹，孙建锋，职亚楠，周煜，王利娟，刘立人，直视合成孔径激光成像雷达模拟远场条件下的二维成像实验,光学学报，2014，34(7):0710003.(5)ZhuLuan,JianfengSun,YuZhou,LijuanWang,MeiYangandLirenLiu,Down-LookingSyntheticApertureImagingLadarDemonstratoranditsExperimentsover1.2kmOutdoor,ChineseOpticsLetters,2014,12(11).
技术实现思路
本专利技术的目的在于进一步发展直视合成孔径激光成像雷达，提供一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，该聚束模式直视合成孔径激光成像雷达对于目标的作用累积时间和孔径合成距离可以达到数量级的增加，因此具有很高的系统接收灵敏度和大幅度提高顺轨向成像分辨率，特别适合于大光学足址和远距离应用。本专利技术的技术解决方案如下：一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特点在于由发射端、接收端和光学偏转器构成，所述的发射端包括激光光源、发射偏振分束器、左臂交轨向柱面透镜、左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜、左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、右臂交轨向柱面透镜、右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜、右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、发射偏振合束器和发射主镜；所述的接收端包括接收望远镜、偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机、AD变换器、复数化转换器、图像处理和系统控制计算机；所述的光学偏转器使所述的发射端和接收端都指向目标；在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下，激光光源输出的偏振光束经过发射偏振分束器在空间上被偏振分解为两个等强度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振光束：所述的左臂偏振光束依次通过所述的左臂交轨向柱面透镜、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通过所述的右臂交轨向柱面透镜、右臂孔径光阑和右臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，两路偏振正交光束经所述的发射偏振合束器合成同心同轴光束，并经过所述的发射主镜投视成像于目标16；所述的左臂交轨向柱面透镜通过左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的右臂交轨向柱面透镜通过右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜必须进行相对运动，从而产生目标的交轨向线性相位项调制；左臂顺轨向柱面透镜通过左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，右臂顺所述的轨向柱面透镜通过右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，左臂顺轨向柱面透镜和右臂顺轨向柱面透镜必须进行同方向运动，从而产生目标的顺轨向相位二次项历程；所有的柱面透镜通过发射主镜和作用距离的衍射传播成像于目标的目标面上并产生柱面波前；所述的目标产生目标回波经所述的光学偏转器由所述的接收望远镜接收，并由偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机产生回波光电流信号，该回波光电流信号通过所述的AD变换器和复数化转换器产生光电流复数信号，然后再通过所述的图像处理和系统控制计算机产生目标成像的输出图像；所述的光学偏转器使得发射端和接收端产生的光学足址指向并且固定于目标所关注的区域；所述的图像处理和系统控制计算机的图像处理算法采用交轨向傅里叶变换聚焦成像和顺轨向共轭相位历程二次项匹配滤波聚焦成像算法；目标面坐标系为：交轨方向为x-方向，顺轨方向为y-方向，空间坐标原点(x＝0,y＝0)与时间原点(t＝0)一致，目标面上的发射激光照明光斑与接收视场一致，其共同的作用面积定义为光学足址。在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下：本雷达的顺轨向柱面波前的顺轨向移动速度和范围必须与光学偏转器的偏转速度和范围相匹配，令雷达的顺轨向运动速度为v，雷达运动轨迹至目标面的距离为Z，则雷达的光学偏转器产生的光学偏转角tanθ(t)应当为近似为本雷达的顺轨向的采样时间间隔必须与目标凝视时间相匹配，雷达的凝视飞行距离为D'y＝PsyvTSP(Psy≥1)，其中Psy为雷达凝视飞行距离相对于光学足址宽度的倍数，则聚束模式的目标凝视时间宽度为TSP；而顺轨向接收光电信号采样数为(Sy≥2)；因此必须有顺轨向的采样时间间隔为上述中的成像分辨率为dx×dy，光学足址尺寸为Dx×Dy；本雷达在目标面的交轨向柱面波前运动速度必须与扫描时间宽度相匹配，即交轨向柱面波前在足趾内的扫描时间宽度应当为Tf＝kfΔTy(kf≤1)，其中kf表示扫描时间对于采样间隔的利用率，因此交轨向柱面波前运动速度应当为(Px≥1)，其中Px表示交轨向柱面波前的尺度利用率；本雷达在目标面的顺轨向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于由发射端、接收端和光学偏转器构成，所述的发射端包括激光光源、发射偏振分束器、左臂交轨向柱面透镜、左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜、左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、右臂交轨向柱面透镜、右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜、右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、发射偏振合束器和发射主镜；所述的接收端包括接收望远镜、偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机、AD变换器、复数化转换器、图像处理和系统控制计算机；所述的光学偏转器使所述的发射端和接收端都指向目标；在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下，所述的激光光源输出的偏振光束经过发射偏振分束器在空间上被偏振分解为两个等强度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振光束：所述的左臂偏振光束依次通过所述的左臂交轨向柱面透镜、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通过所述的右臂交轨向柱面透镜、右臂孔径光阑和右臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，两路偏振正交光束经所述的发射偏振合束器合成同心同轴光束，并经过所述的发射主镜投视成像于目标16；所述的左臂交轨向柱面透镜通过左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的右臂交轨向柱面透镜通过右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜必须进行相对运动，从而产生目标的交轨向线性相位项调制；左臂顺轨向柱面透镜通过左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，右臂顺所述的轨向柱面透镜通过右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，左臂顺轨向柱面透镜和右臂顺轨向柱面透镜必须进行同方向运动，从而产生目标的顺轨向相位二次项历程；所有的柱面透镜通过发射主镜和作用距离的衍射传播成像于目标的目标面上并产生柱面波前；所述的目标产生目标回波经所述的光学偏转器由所述的接收望远镜接收，并由偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机产生回波光电流信号，该回波光电流信号通过所述的AD变换器和复数化转换器产生光电流复数信号，然后再通过所述的图像处理和系统控制计算机产生目标成像的输出图像；所述的光学偏转器使得发射端和接收端产生的光学足址指向并且固定于目标所关注的区域；所述的图像处理和系统控制计算机的图像处理算法采用交轨向傅里叶变换聚焦成像和顺轨向共轭相位历程二次项匹配滤波聚焦成像算法；目标面坐标系为：交轨方向为x‑方向，顺轨方向为y‑方向，空间坐标原点(x＝0,y＝0)与时间原点(t＝0)一致。目标面上的发射激光照明光斑与接收视场一致，其共同的作用面积定义为光学足址。在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下：本雷达的顺轨向柱面波前的顺轨向移动速度和范围必须与光学偏转器的偏转速度和范围相匹配，令雷达的顺轨向运动速度为v，雷达运动轨迹至目标面的距离为Z，则雷达的光学偏转器产生的光学偏转角tanθ(t)应当为近似为θ(t)=-vtZ;]]>本雷达的顺轨向的采样时间间隔必须与目标凝视时间相匹配，雷达的凝视飞行距离为D'y＝PsyvTSP(Psy≥1)，其中Psy为雷达凝视飞行距离相对于光学足址宽度的倍数，则聚束模式的目标凝视时间宽度为TSP；而顺轨向接收光电信号采样数为Sy≥2；因此必须有顺轨向的采样时间间隔为上述中的成像分辨率为dx×dy，光学足址尺寸为Dx×Dy；本雷达在目标面的交轨向柱面波前运动速度必须与扫描时间宽度相匹配，即交轨向柱面波前在足趾内的扫描时间宽度应当为Tf＝kfΔTy，kf≤1，其中kf表示扫描时间对于采样间隔的利用率，因此交轨向柱面波前运动速度应当为Px≥1，其中Px表示交轨向柱面波前的尺度利用率；本雷达在目标面的顺轨向柱面波前运动速度必须与运动距离相匹配，顺轨向柱面波前的运动距离为Ly＝PlyDy，Ply≥1，其中Ply表示顺轨向柱面波前的尺度利用率，因此顺轨向柱面波前的运动速度运动应当为本雷达的平台运动速度，目标面顺轨向柱面波前运动速度和交轨向柱面波前的运动速度应当具有如下关系：一般有vx>v>vy。...

【技术特征摘要】
1.一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于由发射端、接收端和光学偏转器构成，所述的发射端包括激光光源、发射偏振分束器、左臂交轨向柱面透镜、左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜、左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、右臂交轨向柱面透镜、右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜、右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、发射偏振合束器和发射主镜；所述的接收端包括接收望远镜、偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机、AD变换器、复数化转换器、图像处理和系统控制计算机；所述的光学偏转器使所述的发射端和接收端都指向目标；在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下，所述的激光光源输出的偏振光束经过发射偏振分束器在空间上被偏振分解为两个等强度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振光束：所述的左臂偏振光束依次通过所述的左臂交轨向柱面透镜、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通过所述的右臂交轨向柱面透镜、右臂孔径光阑和右臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，两路偏振正交光束经所述的发射偏振合束器合成同心同轴光束，并经过所述的发射主镜投视成像于目标(16)；所述的左臂交轨向柱面透镜通过左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的右臂交轨向柱面透镜通过右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜必须进行相对运动，从而产生目标的交轨向线性相位项调制；左臂顺轨向柱面透镜通过左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，右臂顺轨向柱面透镜通过右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，左臂顺轨向柱面透镜和右臂顺轨向柱面透镜必须进行同方向运动，从而产生目标的顺轨向相位二次项历程；所有的柱面透镜通过发射主镜和作用距离的衍射传播成像于目标的目标面上并产生柱面波前；所述的目标产生目标回波经所述的光学偏转器由所述的接收望远镜接收，并由偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机产生回波光电流信号，该回波光电流信号通过所述的AD变换器和复数化转换器产生光电流复数信号，然后再通过所述的图像处理和系统控制计算机产生目标成像的输出图像；所述的光学偏转器使得发射端和接收端产生的光学足址指向并且固定于目标所关注的区域；所述的图像处理和系统控制计算机的图像处理算法采用交轨向傅里叶变换聚焦成像和顺轨向共轭相位历程二次项匹配滤波聚焦成像算法；目标面坐标系为：交轨方向为x-方向，顺轨方向为y-方向，空间坐标原点x＝0,y＝0与时间原点t＝0一致，目标面上的发射激光照明光斑与接收视场一致，其共同的作用面积定义为光学足址；在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下：该雷达的顺轨向柱面波前的顺轨向...

【专利技术属性】
技术研发人员：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