合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜制造技术

一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，在合成孔径激光成像雷达用作光学接收天线，以消除目标点衍射产生的波面相位像差，并在回波接收信号中产生目标在雷达运动方向上的相位二次项历程。本实用新型专利技术合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜由物镜和目镜组成，包括望远镜出瞳或入瞳位置上的补偿相位平板，控制物镜后焦面与目镜前焦面的离焦量或者补偿相位平板的相位函数，以产生附加空间相位项偏置，实现目标波面相位像差的消除和相位二次项历程的产生，用于雷达运动方向上的目标孔径合成成像。本实用新型专利技术是实现合成孔径激光成像的关键技术。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种合成孔径激光成像雷达的 离焦接收望远镜，用作合成孔径激光成像雷达中的光学接收天线，控制望远镜物镜 后焦面和目镜前焦面的离焦量，或者等效地在望远镜出瞳或入瞳放置补偿相位平板， 能够产生附加空间相位项以消除目标到合成孔径激光成像雷达的波面相位像差，并 且在回波接收信号中产生雷达运动方向上必须的目标相位二次项历程，用于雷达运 动方向上的目标孔径合成成像。
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。但是光学接收望远镜主镜 的尺度大于波长3 —6个数量级，其空间接收与射频接收有原理差别。在合成孔径激 光成像中，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光学接收天线 时，其将随着距离变化相对于光学天线将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 面像差将极大地影响外差光电探测效率，甚至导致探测失效。因此克服回波信号的 衍射波面像差保证外差探测是实现合成孔径激光成像的关键的光学问题。在合成孔径激光成像雷达运动方向上产生目标的相位二次项历程是保证雷达运 动方向上的目标的孔径合成成像的必要条件。因此在雷达运动时，望远镜在光学接 收的时间过程中沿雷达运动方向必须产生相位二次项历程。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 望远镜光学天线的接收波面像差或者波前形状的影响。请参阅(1) M. Bashkansky, R. L. Lucke, F, Funk, L. J. Rickard， and J. Reintjes, "Two-dimensional synthetic, aperture imaging in the optical domain," Op"'cs le"ers,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. 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
本技术要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于合 成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，采用望远镜离焦的波面变换消除回波信号 的衍射波面像差的方法，或者等效地在望远镜出瞳或入瞳放置补偿相位平板，以实 现有效的外差探测并在回波接收信号中产生雷达运动方向上的目标相位二次项历 程，保证雷达运动方向上的目标孔径合成成像。这是实现合成孔径激光成像的具有 光学特点的关键技术。本技术的技术解决方案如下一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，本技术离焦接收光学望远 镜不仅具有光学信号的收集接收功能，事实上也具有离焦操作的波面变换作用。一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，特点是其构成包括沿入射光束 依次的望远镜入瞳平面、物镜、物镜后焦面、目镜前焦面、目镜和望远镜出瞳平面，所述的物镜的焦距为/i，目镜的焦距为/2，则望远镜的放大倍数为^ = *;所述的望远镜入瞳平面相对于所述的物镜的前焦面的距离为AL,，所述的望远镜出瞳平面 相对于所述的目镜的后焦面的距离为A^ ，所述的望远镜入瞳平面与望远镜出瞳平 面相互成像，满足所述的物镜后焦面与目镜前焦面之间的距离为"=!，式中Z为合成孔径激 光成像雷达到目标的距离，该z由合成孔径激光成像雷达测定。一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，特点是其构成包括沿入射光束 依次的望远镜入瞳平面、物镜、物镜后焦面、目镜前焦面、目镜、望远镜出瞳平面 和补偿相位平板，所述的物镜的焦距为/i，目镜的焦距为/2，则望远镜的放大倍数为似=*;所述的望远镜入瞳平面相对于所述的物镜的前焦面的距离为AZ,，所述的望远镜出瞳平面相对于所述的目镜的后焦面的距离为AZ2 ，所述的物镜后焦面与 目镜前焦面之间的距离为A/ = 0，所述的望远镜入瞳平面与望远镜出瞳平面相互成像，满足在望远镜出瞳平面设置所述的补偿相位平板，该补偿相位平板的相位调制函数为,、 ；zM2(x2+/) --^~^，式中A 7为目镜输出孔径光阑平面上的横向坐标，义为激光波长，Z为合成孔径 激光成像雷达到目标的距离。所述的物镜后焦面与目镜前焦面之间的距离为A/:^ ，式中Z为合成孔径激光成像雷达到目标的距离。一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，特点是其构成包括沿入射光束 依次的补偿相位平板、望远镜入瞳平面、物镜、物镜后焦面、目镜前焦面、目镜和 望远镜出瞳平面，所述的物镜的焦距为,，目镜的焦距为/2，则望远镜的放大倍数为71/ = *;所述的望远镜入瞳平面相对于所述的物镜的前焦面的距离为AZ"所述的望远镜出瞳平面相对于所述的目镜的后焦面的距离为AI2 ，所述的物镜后焦面与 目镜前焦面之间的距离为么/ = 0，所述的望远镜入瞳平面与望远镜出瞳平面相互成像，满足在所述的望远镜入瞳平面设置所述的补偿相位平板，该补偿相位平板的相位调 制函数为所述的物镜后焦面与目镜前焦面之间的距离为A/二！，式中Z为合成孔径激光成像雷达到目标的距离。一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，特点是其构成包括沿入射光束 依次的补偿相位平板、望远镜入瞳平面、物镜、物镜后焦面、目镜前焦面、目镜和望远镜出瞳平面，所述的物镜的焦距为y;，目镜的焦距为/2，则望远镜的放大倍数为似=,;所述的望远镜入瞳平面相对于所述的物镜的前焦面的距离为AA，所述的望远镜出瞳平面相对于所述的目镜的后焦面的距离为AL2 ，所述的物镜后焦面与 目镜前焦面之间的距离为AZ-O，所述的望远镜入瞳平面与望远镜出瞳平面相互成 像，满足在所述的望远镜出瞳平面的光路上连接一个4一f转像光学系统，该4一f转像 光学系统的中间焦面离焦，该4一f转像光学系统的焦距为/3，则中间焦面的离焦量为一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，特点是其构成包括沿入射光束 依次的望远镜入瞳平面、物镜、物镜后焦面、目镜前焦面、目镜、望远镜出瞳平面 和补偿相位平板，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜，特征在于其构成包括沿入射光束（１）依次的望远镜入瞳平面（２）、物镜（３）、物镜后焦面（４）、目镜前焦面（５）、目镜（６）和望远镜出瞳平面（７），所述的物镜（３）的焦距为ｆ↓［１］，目镜（６）的焦距为ｆ↓［２］，则望远镜的放大倍数为Ｍ＝ｆ↓［１］／ｆ↓［２］；所述的望远镜入瞳平面（２）相对于所述的物镜（３）的前焦面的距离为ΔＬ↓［１］，所述的望远镜出瞳平面（７）相对于所述的目镜（６）的后焦面的距离为ΔＬ↓［２］，所述的望远镜入瞳平面（２）与望远镜出瞳平面（７）相互成像，满足：ΔＬ↓［１］／ΔＬ↓［２］＝－Ｍ↑［２］，　所述的物镜后焦面（４）与目镜前焦面（５）之间的距离为Δｌ＝ｆ↓［１］↑［２］／ｚ，式中：ｚ为合成孔径激光成像雷达到目标的距离。

【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：实用新型
国别省市：31[中国|上海]