[发明专利]聚束合成孔径激光成像雷达

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种聚束合成孔径激光成像雷达，激光雷达作直线运动其波束指向以较长时间恒定照射在所关注的成像区域。本专利在解决接收波面像差补偿的基础上充分利用光学特性，提出了聚束合成孔径激光成像雷达的技术方案，特点是方位方向的相位历程是激光雷达运动平台在运动过程中的斜距变化所造成的，而不是由照明波前和接收等效波前所产生的。聚束合成孔径激光成像雷达提供了一种新的工作方式，开阔了合成孔径激光成像雷达的应用范围。

背景技术

微波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。合成孔径激光成像雷达的原理来自于微波合成孔径雷达，国外实验室已经给出了条带模式的验证(参见M.Bashkansky，R.L.Lucke，F.Funk，L.J.Rickard，and J.Reintjes，“Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain，”Optics Letters，Vol.27，pp1983-1985(2002).和S.M.Beck，J.R.Buck，W.F.Buell，R.P.Dickinson，D.A.Kozlowski，N.J.Marechal，and T.J.Wright，“Synthetic-aperture imaging ladar：laboratory demonstration and signal processing”Applied Optics，Vol.44，No.35，pp.7621-7629(2005))，也实现了机载的条带模式的合成孔径激光成像雷达试验(参见J.Ricklin，M.Dierking，S.Fuhrer，B.Schumm，and D.Tomlison，“Synthetic aperture ladar for tactical imaging，”DARPA Strategic Technology Office)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚束合成孔径激光成像雷达，该成像雷达仍然保留较高成像分辨率外，更具有如下的明显特点：在观察角方向(即方位方向)的相位历程是激光雷达运动平台在运动过程中的斜距变化所造成的，这与条带式合成孔径激光成像雷达和扫描式合成孔径激光成像雷达的方位向相位历程的产生原因完全不同，它们是由照明波前和接收等效波前所产生的，这一特点具有重要应用价值。本发明聚束合成孔径激光成像雷达提供了一种新的工作方式，开阔了合成孔径激光成像雷达的应用范围。

本发明的技术解决方案如下：

一种聚束合成孔径激光成像雷达，其特点是包括一台合成孔径激光成像雷达，该合成孔径激光成像雷达由光学发射系统和光学接收系统构成，所述的光学接收系统具有消除回波波面像差的机构，光学发射系统具有照明光斑控制的相位二次项偏置机构，该合成孔径激光成像雷达与被测物体平面的相对位置不变，被测物体平面与合成孔径激光成像雷达的主轴有一定夹角，所述的光学发射系统发射具有一定发散度的发射信号光束，在被测物体平面形成一定直径的发射光斑；而光学接收系统具有一定的外差接收视场，在被测物体平面形成一定直径的可接收面积，以发射光斑和可接收面积之小者为光学足迹，所述的发射信号光束与外差接收视场同轴同心，光束发散度和外差接收视场角相等，所述的合成孔径激光成像雷达运动中光学主轴严格对准目标同一点。

所述的光学发射系统是空间相位偏置发射望远镜，所述的光学接收系统是离焦接收望远镜。

所述的空间相位偏置发射望远镜的构成包括从发射激光光束依次的望远镜入瞳、目镜、目镜后焦面、相位调制平板、物镜和望远镜出瞳，所述的望远镜目镜的焦距为f₁和物镜的焦距为f₂，所述的望远镜入瞳的平面位于所述的目镜的前焦面，所述的望远镜出瞳位于物镜的后焦面，目镜的后焦面和物镜的前焦面之间的距离为望远镜的离焦量：

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