[实用新型]合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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发明申请中，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发明申请中，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，”Optics Letters，Vol.27，pp1983-1985(2002).

(2)W.Buell，N.Marechal，J.Buck，R.Dickinson，D.Kozlowski，T.Wright，and S.Beck，“Demonstrationof synthetic aperture imaging ladar，”Proc.of SPIE，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。

发明内容