[发明专利]聚束模式直视合成孔径激光成像雷达

摘要

一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其构成包括激光光源，发射偏振分束器，左臂交轨向柱面透镜，左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器，左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜，左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器，右臂交轨向柱面透镜，右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器，右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜，右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器，发射偏振合束器、发射主镜，接收望远镜，偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机，AD变换器，复数化转换器，图像处理和系统控制计算机，光学偏转器。本发明较条带扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达具有很高的系统接收灵敏度和顺轨向成像分辨率，特别适合于大光学足址和远距离目标的应用。

主权项

一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于由发射端、接收端和光学偏转器构成，所述的发射端包括激光光源、发射偏振分束器、左臂交轨向柱面透镜、左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜、左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、右臂交轨向柱面透镜、右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜、右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、发射偏振合束器和发射主镜；所述的接收端包括接收望远镜、偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机、AD变换器、复数化转换器、图像处理和系统控制计算机；所述的光学偏转器使所述的发射端和接收端都指向目标；在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下，所述的激光光源输出的偏振光束经过发射偏振分束器在空间上被偏振分解为两个等强度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振光束：所述的左臂偏振光束依次通过所述的左臂交轨向柱面透镜、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通过所述的右臂交轨向柱面透镜、右臂孔径光阑和右臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，两路偏振正交光束经所述的发射偏振合束器合成同心同轴光束，并经过所述的发射主镜投视成像于目标(16)；所述的左臂交轨向柱面透镜通过左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的右臂交轨向柱面透镜通过右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜必须进行相对运动，从而产生目标的交轨向线性相位项调制；左臂顺轨向柱面透镜通过左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，右臂顺轨向柱面透镜通过右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，左臂顺轨向柱面透镜和右臂顺轨向柱面透镜必须进行同方向运动，从而产生目标的顺轨向相位二次项历程；所有的柱面透镜通过发射主镜和作用距离的衍射传播成像于目标的目标面上并产生柱面波前；所述的目标产生目标回波经所述的光学偏转器由所述的接收望远镜接收，并由偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机产生回波光电流信号，该回波光电流信号通过所述的AD变换器和复数化转换器产生光电流复数信号，然后再通过所述的图像处理和系统控制计算机产生目标成像的输出图像；所述的光学偏转器使得发射端和接收端产生的光学足址指向并且固定于目标所关注的区域；所述的图像处理和系统控制计算机的图像处理算法采用交轨向傅里叶变换聚焦成像和顺轨向共轭相位历程二次项匹配滤波聚焦成像算法；目标面坐标系为：交轨方向为x‑方向，顺轨方向为y‑方向，空间坐标原点x＝0,y＝0与时间原点t＝0一致，目标面上的发射激光照明光斑与接收视场一致，其共同的作用面积定义为光学足址；在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下：该雷达的顺轨向柱面波前的顺轨向移动速度和范围必须与光学偏转器的偏转速度和范围相匹配，令雷达的顺轨向运动速度为v，雷达运动轨迹至目标面的距离为Z，则雷达的光学偏转器产生的光学偏转角tanθ(t)应当为近似为该雷达的顺轨向的采样时间间隔必须与目标凝视时间相匹配，雷达的凝视飞行距离为D'y＝PsyvTSP，Psy≥1，其中Psy为雷达凝视飞行距离相对于光学足址宽度的倍数，则聚束模式的目标凝视时间宽度为TSP；而顺轨向接收光电信号采样数为Sy≥2；因此必须有顺轨向的采样时间间隔为上述中的成像分辨率为dx×dy，光学足址尺寸为Dx×Dy；该雷达在目标面的交轨向柱面波前运动速度必须与扫描时间宽度相匹配，即交轨向柱面波前在足趾内的扫描时间宽度应当为Tf＝kfΔTy，kf≤1，其中kf表示扫描时间对于采样间隔的利用率，因此交轨向柱面波前运动速度应当为Px≥1，其中Px表示交轨向柱面波前的尺度利用率；该雷达在目标面的顺轨向柱面波前运动速度必须与运动距离相匹配，顺轨向柱面波前的运动距离为Ly＝PlyDy，Ply≥1，其中Ply表示顺轨向柱面波前的尺度利用率，因此顺轨向柱面波前的运动速度运动应当为该雷达的平台运动速度，目标面顺轨向柱面波前运动速度和交轨向柱面波前的运动速度应当具有如下关系：vx＞v＞vy。