[发明专利]直视合成孔径激光成像雷达反射式双面平动发射装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达的信号发射，特别是一种直视合成孔径激光成像雷达反射式双面平动发射装置。该装置是基于同轴扫描像散波前发射原理,在发射端，通过两块反射镜的平动，发射同轴同心双光束偏振正交光束，在远场接收面上的扫描速度相等。

背景技术

现有技术[1]（Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain[J].Opt.Lett.,2002,27(22):1983～1985）中所述的合成孔径激光成像雷达是能够在远距离得到厘米量级成像分辨率的唯一光学成像观察手段。其以侧视为必要工作条件，实施距离向（交轨方向）的距离分分辨成像，即傅立叶变换成像，方位向（顺轨方向）的孔径合成，即二次项相位历程的匹配滤波成像。但是由于采用了啁啾激光发射，这将引入与任何相位相关的波面波动和相位畸变到传输信号中，导致雷达探测性能严重下降。现有技术[2]（Synthetic-aperture imaging ladar:laboratory demonstration and signal processing[J].Appl.Opt.,2005,44(35):7621～7629）中所述，采用干涉方法测量相位波动并补偿，但是实际操作难以实现。而且侧视情况为了降低拍频频率和非线性啁啾，需要复杂的延迟线技术，这点也不易实现，也需要线性扫频激光器，这限制了成像雷达的应用。

此外，侧视合成孔径激光雷达有诸多缺点；现有技术[3]（尺度缩小合成孔径激光雷达的二维成像实验［J］.光学学报,2009,29(7):2030～2032）所述侧视合成孔径激光雷达需要采样光学望远镜，为了增大目标面光斑尺寸和匹配发射激光发散角、外差接收视场角，需要减小接收口径，但是这将减小接收强度，不利于外差探测。现有技术[4]（直视合成孔径激光成像雷达原理[J].光学学报,2012,32(9):0928002）中提出了直视合成空间激光雷达的概念和原理结构示意图，基于抛物波前差动扫描和自差探测复数化接收方法，根据波前变换原理对目标投射同轴同心正交偏振的双光束，并进行自差接收。两偏振波前的合成相位差是抛物等位线分布，但是没有提出具体的原理结构示意图。

发明内容

本发明是针对直视合成孔径激光成像雷达的发射系统，克服上述现有技术中的困难，提供一种直视合成孔径激光成像雷达反射式双面平动发射装置。该装置包含的光学器件较少，结构简单紧凑，原理可靠，易于实现，不需要光学延迟线，可以实现光学相位实时同步改变的要求，满足直视合成空间激光雷达发射端的要求。

本发明的技术解决方案如下：

一种直视合成孔径激光成像雷达反射式双面平动发射装置，其特点在于其构成包括激光光源，偏振分束器、第一四分之一波片、第二四分之一波片、垂直偏振光路像散柱面凹凸反射镜、水平偏振光路球面反射镜和发射望远镜主镜，上述元部件的位置关系如下：

沿激光光源输出激光方向是所述的偏振分束器，所述的激光光源输出的线偏振光束经发射偏振分束器被分为两个等强度的偏振正交的透射的水平偏振光束和反射的垂直偏振光束：沿所述的透射的水平偏振光束方向，即直角坐标系的x轴的负方向，依次是第二四分之一波片和水平偏振光路球面反射镜，沿所述的反射的垂直偏振光束，即z轴负方向依次是第一四分之一波片和垂直偏振支路像散柱面凹凸反射镜，沿垂直偏振支路像散柱面凹凸反射镜的反射光方向，即z轴正方向依次是第一四分之一波片、偏振分束器和发射望远镜主镜，所述的第一四分之一波片的光轴和第二四分之一波片的光轴分别与各自的入射光的偏振方向成45°，所述球面反射镜、像散柱面凹凸反射镜分别到所述的偏振分束器分束面中心的距离相等且为a，所述的偏振分束器分束面中心到发射望远镜主镜的距离为b，所述的球面反射镜和像散柱面凹凸反射镜分别到所述的发射望远镜主镜的光程等于所述的发射望远镜主镜的焦距f₁，即a+b＝f₁；所述的柱面凹凸反射镜在X和Y两个方向上的曲率半径方向相反，大小分别为和球面反射镜在y和Z的曲率半径都为所述的水平偏振光路球面反射镜和垂直偏振光路柱面凹凸反射镜，分别置于两个相同型号的高速震动平台上，震动平台的初始位置保证所述的球面反射镜和柱面凹凸反射镜的中心和各自光路的光轴中心重合，这两个平台以相同的速率分别驱使所述的球面反射镜和柱面凹凸反射镜在垂直于各自光路的光轴的方向往复运动，分别产生同轴同心正交偏振双光束在激光雷达的交轨向（x方向），对远场目标面做方向相反、速率相同的光学扫描。