[发明专利]单臂激光外差关联成像雷达空间后端调制方法及装置

说明书

本发明公开了一种单臂激光外差关联成像雷达空间后端调制方法及装置，是基于数字微镜器件的单臂激光外差关联成像。本发明利用数字微镜器件可以加载多种空间调制花样，可以将优化后的空间花样调制光场。相比于毛玻璃上固定的复指数花样，优化后的空间花样可以实现更高对比度，更高采样效率；将脉冲压缩技术运用到基于后端调制的单臂激光关联成像中，使得系统能够以的采样速率实现高的测距精度，同时提高了单脉冲能量，增强了系统对环境的鲁棒性，而且抗噪性高。

技术领域

本发明涉及外差探测的关联成像领域，更具体的说，本发明涉及一种单臂激光外差关联成像雷达空间后端调制装置。

背景技术

当今社会，越来越多的应用需求、越来越高的技术要求催生了一系列行业。遥感探测、自动驾驶、定点区域安防、侦察监视等领域需求的提升促进了远距离高分辨成像技术的发展。主动与被动成像探测技术是当今成像技术的两个分支。被动式成像依托环境辐射或者目标自身辐射成像，常可进行远距离成像，但受限于环境噪声和目标辐射强度，常不具有全天时特性。主动成像探测技术利用主动照明的电磁辐射，可对远距离目标进行全天时成像，常成为全天时观测的唯一手段。基于主动成像技术发展的成像雷达技术和成像激光雷达技术是当今的主流发展方向。激光成像雷达因激光波长较雷达波长小５个数量级左右，具有更高的分辨率与更小的发散角而受到越来越多重视。激光成像雷达又分为传统激光成像雷达与激光关联成像雷达。传统激光雷达是可以认为是基于点到点成像，激光关联成像雷达则是一种面到点的成像雷达。理论上，激光关联成像雷达对于自然目标场景具有高的采样效率，尤其是对于目标稀疏度高的场景，能以远低于奈奎斯特采样精确恢复目标。此外，激光关联成像雷达还具有高的接收灵敏度与一定的抵抗大气湍流的能力。因此激光关联成像雷达技术的发展越来越受到重视。

2012年中科院上海光学精密机械研究所成功研制首台远距离激光关联成像雷达，并在城市复杂场景下对0.9km处目标实现了优于0.05mrad高分辨率成像。激光关联成像雷达的发展才真正从室内走向了外场，从室内走向了室外，由此发展出了一系列激光关联成像雷达。然而这些激光雷达的均基于窄脉冲发射-直接强度探测技术。受制于激光单脉冲能量的限制，窄脉冲激光雷达存在测距分辨率与单脉冲能量限制。因此，发展出了基于脉冲压缩的长脉冲激光外差关联成像雷达与相干探测激光关联成像雷达。

需要指出的是，单臂关联成像技术没有大数据量的参考光路，可以进行快速发射而受到重视。单臂关联成像目前主要有基于数字微镜器件（DMD）、空间光调制器（SLM）、毛玻璃的三种空间光调制方案。基于DMD、SLM的方案数据量小，尤其基于DMD的方案可实现22Khz的采样速率，而更受关注。DMD与SLM的损伤阈值相较于毛玻璃而言相差太多，而远距离探测需要发射高能量的脉冲，因此单臂激光关联成像雷达中常采用的基于毛玻璃的空间光调制方案。然而毛玻璃却存在发散角大，激光能量利用率低的问题。因此，基于毛玻璃的空间光调制方案虽然在实际采用，却仍有很大不足。

发明内容

本发明的目的在于解决现有上述的问题，提供了一种单臂激光外差关联成像雷达空间后端调制方法及装置。

为实现以上目的，本发明的技术方案是一种单臂激光外差关联成像雷达空间后端调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1、构建光路，预先生成空间调制花样，并将其加载到数字微镜器件上；

1.2、设置测量所需的啁啾信号参数；

1.3、打开连续光纤激光器和工控机，控制啁啾信号源和数字微镜器件工作，测量、采集关联运算所需的差频信号；

1.4、 工控机对采集的信号处理，将工控机采集的测量信号进行快速傅里叶变换并找到频谱峰对应位置与强度并存储；

1.5、 将测量得到的频谱强度与预先加载的空间调制花样进行关联运算，得到位置图像；

1.6、根据目标距离将不同位置距离上的空间二维图像堆叠成三维图像。