一种用于雷达的发射接收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于雷达的发射接收系统，该发射接收系统包括激光发射模块、光束整形模块、三片式光学望远模块及光束接收模块；激光发射模块，用于向目标面发射具有不同发散角的激光；光束整形模块，用于对不同发散角的激光进行整形处理，输出具有长焦深的高斯光束；三片式光学望远模块，用于拍摄目标面光斑，并利用消光处理的镜筒来减小从视场角外引入的环境光的干扰；光束接收模块，用于接收回光，并转换为电信号做处理。本发明专利技术的光束压缩方式可以有效的对二极管发出的异性光斑进行整形；三片式光学望远模块可实现大视场角探测、可实现紧聚焦、接近衍射极限；通过几种消光方式的组合提高回光信噪比，价格低廉。价格低廉。价格低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种用于雷达的发射接收系统


[0001]本专利技术涉及雷达领域，具体来说，涉及一种用于雷达的发射接收系统。

技术介绍

[0002]目前，随着设计水平、制造工艺技术的提高，人们对测距工具的需求从接触式迈入了非接触式，利用了半导体激光测距方式得以实现。考虑到成本和性能，收发分置的光学系统被广泛使用，通常为以LD发射的高斯光为光源的发射端，和利用雪崩光电二极管等光电转换器件的信号接收端。
[0003]针对发射端，测距雷达中大量使用的半导体激光二极管，由于非对称波导的影响，输出的光束在垂直于结平面(快轴)和平行于结平面(慢轴)的两个方向上由不同的发散角，而且两个方向的束腰也不在同一个位置上，即存在像散。所以，必须对光束进行整形才能投入实际应用，否则其光强、像质都会影响测距。
[0004]针对接收端，最重要是在保证信噪比的前提下，尽可能的接收回光信号。接收端视场角设计、消光处理等都会影响信噪比。而不良接收光学系统的设计会造成劣质的回光信号，从而影响信噪比并使测距距离变低。
[0005]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种用于雷达的发射接收系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
[0007]为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0008]一种用于雷达的发射接收系统，该发射接收系统包括激光发射模块、光束整形模块、三片式光学望远模块及光束接收模块；
[0009]所述激光发射模块，用于向目标面发射具有不同发散角的激光；
[0010]所述光束整形模块，用于对不同发散角的激光进行整形处理，输出具有长焦深的高斯光束；
[0011]所述三片式光学望远模块，用于拍摄目标面光斑，并利用消光处理的镜筒来减小从视场角外引入的环境光的干扰；
[0012]所述光束接收模块，用于接收回光，并将光信号转换为电信号做后续处理。
[0013]进一步的，所述激光发射模块为激光二极管，所述光束接收模块为雪崩光电二极管，所述激光二极管发射的激光波长范围为900
‑
1200nm，优选为1000mm。
[0014]进一步的，所述光束整形模块包括快轴压缩柱面镜、慢轴压缩柱面镜及光阑；
[0015]所述快轴压缩柱面镜，用于减小过大的发散角并防止能量损失；
[0016]所述慢轴压缩柱面镜，用于将远场光斑整形为近高斯型；
[0017]所述光阑，用于减小经由快轴压缩柱面镜和慢轴压缩柱面镜产生的杂散光。
[0018]进一步的，所述三片式光学望远模块包括三片式望远镜及消光镜筒；
[0019]所述三片式望远镜，用于拍摄目标面光斑；
[0020]所述消光镜筒，用于利用减小从视场角外引入的环境光的干扰。
[0021]进一步的，所述慢轴压缩柱面镜为非球面慢轴压缩柱面镜，所述非球面慢轴压缩柱面镜的面型公式为：
[0022][0023]式中，D为透镜厚度；
[0024]x为入射光束在透镜曲面面形上的位置坐标；
[0025]r为透镜的顶点的曲率半径；
[0026]k为圆锥系数；
[0027]a为光束入射角。
[0028]n为非球面第n阶的修正系数。
[0029]进一步的，所述三片式光学望远模块的物镜口径为10
‑
120mm，工作波长为800
‑
1100nm，长度为10
‑
120mm。
[0030]进一步的，所述三片式望远镜中三片式镜头的波差公式为：
[0031][0032]式中，
[0033][0034]其中，r为镜片单面的曲率半径。
[0035]近考虑近轴系统，将tanU1、sinU1、sinU
k
′
、tanU
k
′
近似为孔径角度，带入透镜原理：
[0036][0037]即：
[0038][0039]其中，三片式望远镜的波差公式W由参数f
′
、h、r及n决定，f
′
、n及h为不变的设计指标，即通过优化h、r，便可获得最优的波像差W，U1为物方孔径角，U
k
′
像方孔径角，n为材质折射率。
[0040]进一步的，所述光束整形模块和所述三片式光学望远模块中的冠冕光学玻璃型号为NSL29、NSL7、BSL4、NSL2及ZSL5。
[0041]进一步的，所述消光镜筒的内壁设置有梯形消光螺纹。
[0042]进一步的，所述梯形消光螺纹的设计包括以下步骤：
[0043]利用Zemax非序列模式，导入绘制的镜筒模型，对未做消光处理的镜筒进行光线追迹，得到雪崩光电二极管光敏面及镜筒内部的杂散光分布情况；
[0044]将镜筒内部从左至右以预设距离为间隔，分为环带H1、H2、
…
、Hn，并将环带H1设置为布朗散射，其余所有环带设置为吸收面；
[0045]模拟自然光入射，对H1面光线追迹，分析雪崩光电二极管光敏面上的杂散光能量分布情况；
[0046]依次对其余环带进行分析，统计所有环带对雪崩光电二极管光敏面的影响权重，将影响因子较大的环带间隔减小，并对影响因子较小的环带间隔酌情增加，得到镜筒内壁最优的消光螺纹。
[0047]本专利技术的有益效果为：
[0048]1、本专利技术为控制成本全部采用NSL2，可通过matlab多次迭代上述公式，计算出初步的结构参数，再带入Zemax软件中优化，即可得到每片透镜的曲率。
[0049]2、本专利技术利用球差与波差，色差与波色差的关系为，利用公式推导了波差与结构参数间的方程式，计算出初始结构，然后再利用Zemax软件进行优化，最后得到较为完美的光学设计方案。
[0050]3、本专利技术的光束压缩方式可以有效的对二极管发出的异性光斑进行整形；本专利技术的三片式光学望远模块可实现大视场角探测、可实现紧聚焦、接近衍射极限，且三片式镜头由三块镜片组合而成，从而可以获得较好的光学传输特性；本专利技术通过几种消光方式的组合提高回光信噪比，且无需额外增加器件，价格低廉。
附图说明
[0051]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0052]图1是根据本专利技术实施例的一种用于雷达的发射接收系统的原理框图；
[0053]图2是根据本专利技术实施例的一种用于雷达的发射接收系统中发射端光路示意图；
[0054]图3是根据本专利技术实施例的一种用于雷达的发射接收系统中接收端光路示意图；
[0055]图4是根据本专利技术实施例的一种用于雷达的发射接收系统中激光二极管远场辐射图之一；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于雷达的发射接收系统，其特征在于，该发射接收系统包括激光发射模块、光束整形模块、三片式光学望远模块及光束接收模块；所述激光发射模块，用于向目标面发射具有不同发散角的激光；所述光束整形模块，用于对不同发散角的激光进行整形处理，输出具有长焦深的高斯光束；所述三片式光学望远模块，用于拍摄目标面光斑，并利用消光处理的镜筒来减小从视场角外引入的环境光的干扰；所述光束接收模块，用于接收回光，并转换为电信号再做后续处理。2.根据权利要求1所述的一种用于雷达的发射接收系统，其特征在于，所述激光发射模块为激光二极管，所述光束接收模块为雪崩光电二极管，所述激光二极管发射的激光波长范围为900nm
‑
1200nm。3.根据权利要求1所述的一种用于雷达的发射接收系统，其特征在于，所述光束整形模块包括快轴压缩柱面镜、慢轴压缩柱面镜及光阑；所述快轴压缩柱面镜，用于减小过大的发散角并防止能量损失；所述慢轴压缩柱面镜，用于将远场光斑整形为近高斯型；所述光阑，用于减小经由快轴压缩柱面镜和慢轴压缩柱面镜产生的杂散光。4.根据权利要求1所述的一种用于雷达的发射接收系统，其特征在于，所述三片式光学望远模块包括三片式望远镜及消光镜筒；所述三片式望远镜，用于拍摄目标面光斑；所述消光镜筒，用于利用减小从视场角外引入的环境光的干扰。5.根据权利要求3所述的一种用于雷达的发射接收系统，其特征在于，所述慢轴压缩柱面镜为非球面慢轴压缩柱面镜，所述非球面慢轴压缩柱面镜的面型公式为：式中，D为透镜厚度；x为入射光束在透镜曲面面形上的位置坐标；r为透镜的顶点的曲率半径；k为圆锥系数；a为光束入射角；n为非球面第n阶的修正系数。6.根据权利要求4所述的一种用于雷达的发射接收系统，其特征在于，所述三片式光学望远模块的物镜口径范围为10
‑
120mm，工作波长范围为800
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢立武，陈帅，黄红亮，罗浩，
申请(专利权)人：南京牧镭激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：