[发明专利]直视合成孔径激光成像雷达

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达，是一种直视合成孔径激光成像雷达，原理采用同轴扫描像散波前发射和自差探测复数化接收，在交轨向进行空间线性相位项调制分辨成像，在顺轨向进行二次项相位历程匹配滤波成像，因此能够自动消除大气、运动平台、光雷达系统和散斑产生的相位变化和干扰，能够在较大的光学足趾下和较大的接收孔径下产生高分辨率成像，允许使用低质量的接收光学系统，不需要光学延时线，无需进行实时拍频信号相位同步，成像无阴影，可以使用各种具有单模和单频性质的激光器，同时由于采用空间光桥接器实现相位的复数解调，电子设备简单。

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，是能够在远距离得到厘米量级成像分辨率的唯一的光学成像观察手段(参考文献1-8)。合成孔径激光成像雷达与合成孔径雷达一样都是以侧视为工作必要条件的，即在侧视条件下实施距离方向(交轨方向)的距离分辨成像，同时在方位方向(顺轨方向)实施孔径合成即相位二次项匹配滤波成像。

传统的合成孔径激光成像雷达即侧视合成孔径激光成像雷达的距离分辨的实现是采用啁啾激光发射和光学外差去斜解调接收来完成的，这需要把激光光源分成两部分，一部分用作发射光束另外一部分用作本振光束，因此任何关联的相位波动和干扰，如大气扰动、运动平台振动、目标散斑、激光雷达系统本身相位变化等(参考文献3，9)，都将被引入外差探测信号中而严重降低雷达性能。美国有人提出了采用干涉方法实时测量相位波动并进行补偿的概念(参考文献2)，其在实验上已取得初步效果(参考文献6，8)，但是以目标的一部分或者合作目标作作为相位波动测量的比较对象在实际应用中是困难的或者是不可能的。在侧视合成孔径激光成像雷达中，为了在方位向产生准确的无严重波动的二次项相位历程，一定要保证去斜解调产生的拍频信号的初始相位严格同步，因此需要采用复杂的光频同步措施，如采取HCN光谱滤波和触发控制技术(参考文献1)。侧视合成孔径激光成像雷达的天线采用光学望远镜(参考文献10-14)，因为发射光斑必需具有相位二次项波前，而发射光束发散角是由发射光学天线的衍射极限发散角所决定的，所以为了增大目标面上发射光斑尺寸必需采用较小的光学天线口径；光学天线用于光学外差接收时其接收视场角相当于天线口径的衍射角，为了增大外差接收视场角因此必需减小接收口径，这将降低接收信号强度；侧视合成孔径激光成像雷达的结构设计必须保证发射激光发散角和外差接收视场角的匹配，发射激光发散角和外差接收视场角在目标面上所共同决定的区域称为光学足址，所以要求同时达到大的光学足址和强的接收信号是相互矛盾的。侧视合成孔径雷达为了降低拍频频率和抑制非线性啁啾的影响，本振光束的延时需要达到接近目标双程距离的程度，因此需要相位变化极小的长距离的光学延时线，这种延时线技术是十分复杂的(参考文献2，4)。侧视合成孔径雷达因为侧视而造成目标成像阴影，在光频段因为目标远远大于波长使得阴影效应更加明显。侧视合成孔径激光成像雷达因为需要线性扫频的激光器，这限制了许多激光器的应用，例如基于非线性光学效应的变频激光器等。

下面是现有的有关参考文献：

(1)M.Bashkansky，R.L.Lucke，E.Funk，L.J.Rickard，and J.Reintjes.Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain.Optics Letters，2002，27(22)：1983～1985.

(2)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，2005，44(35)：7621～7629.

(3)J.Ricklin，M.Dierking，S.Fuhrer，B.Schumm，and D.Tomlison.Synthetic aperture ladar for tactical imaging.DARPA Strategic Technology Office，Nov.14，2007.