一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，双向环路由转像望远镜结构的独立的发射通道和接收通道组成，连接激光光源、光电探测器和望远镜。发射通道中设置离焦和发射空间相位调制平板，接收通道中设置离焦和接收空间相位调制平板。控制发射离焦量，发射相位调制函数，接收离焦量，接收相位调制函数。本发明专利技术用同一个望远镜可以实现空间二次项相位附加偏置的激光发射和消除目标回波接收波面像差的光学离焦接收，并产生雷达运动方向上合适的和可控的相位二次项历程，实现孔径合成成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种用于合成孔径激光成像雷达的 双向环路发射接收望远镜。双向环路由转像望远镜结构的独立的发射通道和接收通 道组成，用于连接激光光源、光电探测器和望远镜。发射通道中设置离焦和发射相 位调制平板，接收通道中设置离焦和接收相位调制平板。控制发射离焦量、发射相 位调制函数、接收离焦量和接收相位调制函数，用同一个望远镜可以实现空间二次 项相位附加偏置的激光发射和消除目标回波接收波面像差的离焦光学接收，并产生 雷达运动方向上合适的和可控制的相位二次项历程从而实现孔径合成成像。
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 远距离取得厘米量级分辨率的唯一的光学成像观察手段。但是由于光频波段的波长 比射频短3 — 6个数量级，而且光学望远镜主镜的尺度大于波长3 — 6个数量级，其空 间发射和接收与射频的发射和接收有原理性差别。合成孔径激光成像雷达采用光学望远镜作为接收天线和发射天线，但是用作回 波信号接收和激光光束发射时对于望远镜的要求也有所不同。因此，采用同一望远 镜作为接收和发射天线时，望远镜必须同时满足光学接收要求和激光发射要求，保 证在回波外差接收信号中产生目标的相位二次项历程，以实现激光孔径合成成像。在光学接收过程中，目标的反射回波经过距离衍射到达合成孔径激光成像雷达 的光学望远镜时，将随着距离变化产生不同的波面像差或者波前形状，通过接收望 远镜在光电探测器面上与激光本机振荡器激光光束合成进行外差探测时，波面像差 将极大影响外差光电探测效率，甚至导致探测失效。因此我们在合成孔径激光成像 雷达的离焦接收望远镜的专利技术申请中，提出了一种合成孔径激光成像雷达的离焦望 远镜的光学接收天线，采用望远镜离焦或者附加空间相位平板的方法克服回波信号 的衍射波面像差保证外差探测要求，并产生回波的雷达运动方向上产生相位二次项 历程。在激光发射过程中，望远镜作为激光发射天线的基本要求是需要保证主镜口径 上的衍射极限发射，因此目标距离上的激光照明光斑的波前特性取决于望远镜发射 光场分布和衍射距离。在我们的合成孔径激光成像雷达的空间相位偏置发射望远镜 的专利技术申请中，提出了一种空间二次项相位偏置结构的发射望远镜，在发射望远镜 内放置相位调制平板，控制望远镜的离焦量和位相调制函数，能够在发射望远镜的 激光照明光斑上相对于原衍射波面产生一个附加的空间相位二次项，用于改变激光 照明波前，产生适当的和所需的目标照明二次项波前。因此，实现合成孔径激光成像的核心关键问题是用同一光学望远镜实现不同离 焦量和不同的附加相位板的激光发射和光学接收。合成孔径激光成像首先在实验室实现验证，但是这些实验属于细小光束的近距 离模拟，没有采用真实光学望远镜接收和发射天线。在美国国防先进研究计划局支 持下2006年美国雷声公司和诺格公司分别实现了机载合成孔径激光雷达试验，但是 没有考虑光学天线的接收波面像差或者波前形状的影响，也没有考虑光学天线的发 射时的附加空间相位偏置。请参阅下列文献(1) M. Bashkansky， R. L. Lucke, F. Funk, L. J. Rickard, and J. Reintjes, "Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain," Oprics丄ete/"s, Vol. 27, ppl983-1985 (2002).(2) W. Buell, N. Marechal, J. Buck, R. Dickinson, D. Kozlowski, T.Wright, and S. Beck, "Demonstrationof synthetic aperture imaging ladar," iVoc. 5iVE, Vol. 5791, pp.152-166 (2005).(3) J. Ricklin, M. Dierking, S. Fuhrer, B. Schumm, and D. Tomlison, "Synthetic apertureladar for tactical imaging," DARPA Strategic Technology Office.一个合成孔径激光成像雷达的光学接收系统主要由光学望远镜、光束合成器和光电探测器所组成。光学望远镜用于收集回波信号波面并转移到光电探测器，光束 合成器用于回波信号光束和本机振荡器激光光束的空间合束，光电探测器进行光强 探测并产生回波信号光束和本机光束的光学外差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提出一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射 接收望远镜，即在同一光学望远镜中实现空间相位偏置的激光发射和消回波像差的离焦光学接收的一种核心概论，并建议了一种简单有效的合成孔径激光成像雷达双 向环路发射接收望远镜实施方案。 本专利技术的技术解决方案如下本专利技术的合成孔径激光成像雷达双向环路发射接收望远镜的核心是在光学望 远镜、激光光源和光电探测器之间设置双向发射接收环路，在双向发射接收环路中 具有独立的发射通道和独立的接收通道，并均为转像望远镜结构。因此可以在双向 环路的接收通道中进行望远镜发射所需的离焦操作或者附加相位设置，在发射通道 中进行发射望远镜所需的离焦操作和附加相位设置，因此能够用同一个光学望远镜 实现附加空间相位偏置的激光发射和消回波像差的离焦光学接收，得到合适的和可 以控制的雷达运动方向上的相位二次项历程，从而实现孔径合成成像。本专利技术的具体技术方案是一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，其特点是包括合成 孔径激光成像雷达的激光光源，沿该激光光源发射的激光光束依次是第一半波片和 第一偏振分光棱镜，所述的激光光束被第一偏振分光棱镜分为反射和透射光束，该 第一偏振分光棱镜反射光束作为本机振荡激光光束，该本机振荡激光光束经过第一 四分之一波片并由第一反射镜返回后到达并通过该第一偏振分光棱镜输出进入第三 偏振分光棱镜，该第一偏振分光棱镜透射光束作为发射激光光束，该发射激光光束 依次经第一发射转像透镜、发射离焦量、发射空间相位调制板、第二发射转像透镜、 第二偏振分光棱镜、第二四分之一波片、望远镜目镜、望远镜物镜和望远镜出入瞳 射向目标，该目标的回波激光光束经原路返回，经望远镜出入瞳、望远镜物镜、望 远镜目镜、第二四分之一波片至所述的第二偏振分光棱镜，反射后再经过接收空间 相位调制板、第二反射镜、第一接收转像透镜、接收离焦量、第二接收转像透镜到 达第三偏振分光棱镜，所述的回波激光光束和所述的本机振荡激光光束通过第三偏 振分光棱镜合束，再经过第二半波片并通过第四偏振分光棱镜偏振分光，都是水平 方向偏振的合成光束由第一光电探测器进行外差接收，都是垂直方向偏振的合成光 束由第二光电探测器进行外差接收；所有偏振分光棱镜设定为水平偏振方向光束通过而垂直偏振方向光束反射； 所述的第一四分之一波片的角度设置使得从第一偏振分光棱镜反射出的本机振 荡激光光束从第一反射镜返回到第一偏振分光棱镜上的偏振旋转了 90。而能够直接 通过该第一偏振分光棱镜；所述的第二四分之一波片的角度设置使得透过第二偏振分光棱镜的发射本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，其特征在于：包括合成孔径激光成像雷达的激光光源（１），沿该激光光源（１）发射的激光光束依次是第一半波片（２）和第一偏振分光棱镜（３），所述的激光光束被第一偏振分光棱镜（３）分为反射和透射光束，该第一偏振分光棱镜（３）反射光束作为本机振荡激光光束，该本机振荡激光光束经过第一四分之一波片（４）并由第一反射镜（５）返回后到达并通过该第一偏振分光棱镜（３）输出进入第三偏振分光棱镜（２０），该第一偏振分光棱镜（３）透射光束作为发射激光光束，该发射激光光束依次经第一发射转像透镜（６）、发射离焦量（７）、发射空间相位调制板（８）、第二发射转像透镜（９）、第二偏振分光棱镜（１０）、第二四分之一波片（１１）、望远镜目镜（１２）、望远镜物镜（１３）和望远镜出入瞳（１４）射向目标，该目标的回波激光光束经原路返回，经望远镜出入瞳（１４）、望远镜物镜（１３）、望远镜目镜（１２）、第二四分之一波片（１１）至所述的第二偏振分光棱镜（１０），反射后再经过接收空间相位调制板（１５）、第二反射镜（１６）、第一接收转像透镜（１７）、接收离焦量（１８）、第二接收转像透镜（１９）到达第三偏振分光棱镜（２０），所述的回波激光光束和所述的本机振荡激光光束通过第三偏振分光棱镜（２０）合束，再经过第二半波片（２１）并通过第四偏振分光棱镜（２２）偏振分光，都是水平方向偏振的合成光束由第一光电探测器（２３）进行外差接收，都是垂直方向偏振的合成光束由第二光电探测器（２４）进行外差接收；所有偏振分光棱镜设定为水平偏振方向光束通过而垂直偏振方向光束反射；所述的第一四分之一波片（４）的角度设置使得从第一偏振分光棱镜（３）反射出的本机振荡激光光束从第一反射镜（５）返回到第一偏振分光棱镜（３）上的偏振旋转了９０°而能够直接通过该第一偏振分光棱镜（３）；所述的第二四分之一波片（１１）的角度设置使得透过第二偏振分光棱镜（１０）的发射激光光束经过望远镜发射，目标反射的回波并由望远镜接收的光束返回到第二偏振分光棱镜（１０）上的偏振旋转了９０°而能够被第二偏振分光棱镜（１０）反射；所述的望远镜物镜（１３）和望远镜目镜（１２）组成用于激光发射和接收的天线望远镜，该望远镜物镜（１３）的焦距为ｆ↓［１］和望远镜目镜（１２）的焦距为ｆ↓［２］，望远镜目镜（１２）的后焦面和望远镜物镜（１３）的前焦面之间的距离为望远镜的离焦量：Δｌ＝－ｆ↓［１］↑...
【技术特征摘要】
【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：31[中国|上海]
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