一种激光雷达双程光传输模拟与测距性能检测装置，主要用于激光雷达信号的空间远场来回双程传输性能和测距性能的检测。该装置包括沿光束方向依次的：被测激光雷达、第一光束传输模拟器、散射屏、第二光束传输模拟器、衰减器、变焦会聚透镜和光电探测器。本实用新型专利技术装置总长度约为几十米，模拟实验可在实验室内完成。本实用新型专利技术结构简单，原理可靠。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术与激光雷达有关，是一种在自由空间激光雷达双程光传输模拟与测 距性能检测装置，主要用于激光雷达信号的空间远场来回双程传输性能的检测和测 距性能的检测。
技术介绍
激光雷达因其极高的频域、空域和时域分辨率而在目标探测、跟踪、瞄准和成 像识别等方面得到越来越广泛的应用。激光雷达与探测目标之间通常涉及数十米至 数千公里甚至更远距离的光波的传输，因此对于远距离探测目标来说不可能在远距 离上直接完成激光雷达整个系统或分系统的检测和验证，特别是在航天和航空应用 时，更不可能实地进行检测。因此，必须发展在地面或者实验室模拟空间远场传输 的光学装置以及相应的测距性能检测设备。对于自由空间激光远场传输的地面模拟通常可以采用半物理半仿真或全物理仿 真的方法。全物理模拟仿真的方法是地面实验室检测验证平台首选的方法，它不需 要额外假设任何参数即可在实验室内对发射信号的空间远场传输性能进行检测。由 傅立叶光学可知，光学透镜的傅立叶变换可以实现光束近场分布到远场分布的转换。 在国际上，日本考虑了采用长焦距透镜和有限孔径空间滤波的方法来实现光束的较 远足巨离4专输丰莫拟(参见 K. Inagaki, M. Nohara, K. Araki, et al,, "Free-space simulator for laser transmission," Proc. SP正，Vol. 1417， pp. 160 169, 1991.)它们设计和研制了 17.5m焦距的平行光管，只是模拟了最大为50公里的传输距离。L. Wan等人(参见 L. Wan, L. Liu, M. Zhang, et al., "An optical simulator for free-space laser long-distance propagation", Proc. SPIE, Vol.5550, pp. 399-404, 2004.)丰艮 据光学透镜的傅立叶变换性质，提出了采用光学傅立叶变换加级联光学成像放大， 并结合有限口径比例接收的方法来实现自由空间激光光束远距离传输的实验室模 拟，最大等效传输距离达2.4X1()S公里。该模拟装置虽然对卫星之间激光通信中信 号远距离传输性能可以进行全物理的实验室模拟，但是对于激光雷达信号的双程传 输来讲，该装置只能模拟激光雷达信号空间远距离的单程传播，必须再附加雷达方程估算和实验模拟分析等手段才能半物理半仿真的模拟激光雷达双程远距离传输的 性能。美国麻省理工学院林肯实验室的AROSTF激光雷达检测验证平台(参见L. A. Jiang, D. R. Schue, D. C. Harrison, et al., "Active range of the Optical Systems Test Facility at MIT Lincoln Laboratory", Proc. SPIE, Vol. 6214, pp. 62140Q, 2006.)采用的方法是目标的照明是在激光发射的近场，用发射光束直接照明100米距离处直径 lm的目标。远场仿真器由口径lm焦距20m的望远镜，变焦镜和空间滤波器构成， 接收系统处于远场。其空间远场传输性能检测采用近场联合远场模拟的方式完成， 不能真实模拟激光雷达中的光束双程远场传输。总之，在地面实验室内对激光雷达的空间远场传输性能进行远场发射和远场接 收的全物理仿真的模拟装置至今还未见报道。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种激光雷达双程光传输模拟与测距性能检测装 置，它基于光学傅立叶变换和光学成像放大的原理实现光束的近场分布向远场分布 的转换，在焦面上放置小孔滤波器实现光束传输距离的比例縮小，由此解决在地面 实验室内直接实现激光雷达的空间远场双程传输性能和测距性能的检测和验证问 题。本技术的模拟方案属于全物理仿真，而且结构简单，原理可靠。本技术的具体技术解决方案如下一种激光雷达双程光传输模拟与测距性能检测装置，其构成包括沿光束方向依 次的被测激光雷达、第一光束传输模拟器、散射屏、第二光束传输模拟器、衰减 器、变焦会聚透镜和光电探测器。所述的第一光束传输模拟器由第一傅立叶变换透镜、第一成像放大器、第一透 反镜、第二透反镜和第一孔径光阑构成，第一孔径光阑位于第一成像放大器的像面。在所述的第二透反镜的横向设有目标反射噪声发生器及目标反射噪声变换光学 系统。所述的第二光束传输模拟器由第二傅立叶变换透镜、第二成像放大器、第三透 反镜和第二孔径光阑构成，第二孔径光阑位于第二成像放大器的像面。在所述的第三透反镜的横向还设有背景噪声发生器及背景噪声变换光学系统。 所述的散射屏用来模拟被探测目标，对于合作目标可以用角反射镜，对于非合 作目标可以采用目标实物表面，也可以采用标准朗伯反射体；所述的第一傅立叶变换透镜和第二傅立叶变换透镜都为长焦距大口径傅立叶变 换平行光管；所述的成像放大器由N级成像放大透镜组构成，其中#20，成像放大倍数 A 二il^xM,2X…M,w，其中Mu， M2， ...， M,w分别为第一级，第二级，…， 第N级成像放大透镜组的放大倍率，iV二O说明无放大透镜，光束等比例直接通过。本技术的技术效果本技术通过光学傅立叶变换加级联光学成像放大的方法，结合小孔比例縮 小，再采用模拟目标反射的散射屏，设计了等效于空间远场双程传播和目标反射的 实验室检测模拟装置，它测量的光信号是在能够真正与激光雷达光传输相比拟的数 量级上进行模拟测量的，整个装置的总长度大约为几十米，模拟实验可在实验室内 完成。另外本技术的激光雷达远场光传输模拟和测距性能检测装置还加入了目 标反射噪声源和背景噪声源，目标反射噪声源模拟探测目标对太阳光或其他星体辐 射光的反射产生的干扰信号对激光雷达光传输性能的影响，背景噪声源模拟地面的 杂波信号、太阳光或来自其他星体的干扰信号对激光雷达光传输性能的影响。由于 附加了噪声发生器，因此可以模拟真实情况下激光雷达对目标探测的信噪比，还可 以检验其测距性能。附图说明图为本技术的激光雷达双程光传输模拟与测距性能检测装置的结构框图。图2为本技术实施例中具有三级放大的成像放大器结构示意图。 图中1-被测激光雷达，2-第一傅立叶变换透镜，3-第一成像放大器，4-第一透 反镜，5-第二透反镜，6-目标反射噪声发生器，7-目标噪声变换光学系统，8-第一孔 径光阑，9-散射屏，10-第二傅立叶变换透镜，11-第二成像放大器，12-第三透反镜， 13-背景噪声发生器，14-背景噪声变换光学系统，15-第二孔径光阑，16-衰减器，17-变焦会聚透镜，18-光电探测器，19-小孔光阑，20-变焦会聚透镜。具体实施方式下面结合实施例和附图对本技术的激光雷达双程光传输模拟和测距性能检 测装置作进一歩说明，但不应以此限制本技术的保护范围。先请参阅图1，图1为本技术的激光雷达双程光传输模拟与测距性能检测 装置的一个实施例的结构框图。由图可见，本技术实施例激光雷达双程光传输5模拟与测距性能检测装置，其特征在于沿光束方向它的构成依次包括被测激光雷 达l、第一傅立叶变换透镜2、第一成像放大器3、第一透反镜4、第二透反镜5、 第一孔径光闺本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光雷达双程光传输模拟与测距性能检测装置，特征在于其构成包括沿光束方向依次的：被测激光雷达、第一光束传输模拟器、散射屏、第二光束传输模拟器、衰减器、变焦会聚透镜和光电探测器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闫爱民，王利娟，刘德安，栾竹，孙建锋，周煜，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：实用新型
国别省市：31[中国|上海]
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