[发明专利]一种液晶光学相控阵变分辨率分束方法

摘要

本发明公开一种基于二维液晶光栅的变分辨率分束方法，涉及一种液晶光学相控阵扫描方法，属于激光三维成像领域。本发明方法的目的是适应变分辨率扫描探测中对分辨率变化的需求，同时通过亚孔径技术实现多光斑扫描以提升成像速度，此外，本发明还具有在保持高精度探测状态时少信息处理量的优点。本发明应用于激光仿人眼三维成像雷达系统，能够实现变分辨率多光束扫描，通过电控改变光束相位进行变光斑半径与扫描轨迹的仿人眼扫描，大幅提高激光仿人眼三维成像雷达系统的集成度与效率。所述系统包含系统控制模块、激光发射模块、光栅前端光学系统、二维液晶光栅、液晶光栅控制模块、接收模块前端光学系统、探测接收模块、探测识别模块。

主权项

1.一种基于二维液晶光栅的变分辨率分束方法，应用于激光仿人眼三维成像雷达系统，所述的激光仿人眼三维成像雷达系统包含系统控制模块(1)、激光发射模块(2)、光栅前端光学系统(3)、二维液晶光栅(4)、液晶光栅控制模块(5)、接收模块前端光学系统(6)、探测接收模块(7)、探测识别模块(8)；激光发射模块(2)与二维液晶光栅(4)相连，二维液晶光栅(4)由液晶光栅控制模块(5)控制；光栅前端光学系统(3)接收由激光发射模块(2)发射的激光脉冲产生光强高斯分布的平面波，平面波经二维液晶光栅(4)调制后出射，在远场产生分束后的激光采样光斑；探测接收模块(7)接收采集由接收模块前端光学系统(6)接收到的回波信号进行数据处理与识别，系统控制模块(1)控制探测接收模块(7)的开关特性以及根据探测识别模块(8)中数据处理与识别的结果对激光发射模块、液晶光栅控制模块进行相应的调控；系统控制模块分别依次对液晶光栅控制模块(5)、激光发射模块(2)、探测接收模块(7)发送控制信号，液晶光栅控制模块(5)按照分辨率要求、分束要求以及偏转要求产生电压信号控制二维液晶光栅(4)各通道中的液晶产生特定的偏转；之后开启激光发射模块(2)，经过光栅前端光学系统(3)进行扩束准直进入二维液晶光栅(4)进行相位调制实现预设视场的预设大光斑多光束扫描；与此同时探测接收模块(7)开启，对脉冲的飞行时间进行计时；接收到接收模块前端光学系统(6)的回波信号后通过目标识别算法判断是否发现可疑目标，若发现目标则执行以目标为中心的仿人眼视网膜多光束扫描，液晶光栅控制模块(5)的多光束扫描策略根据扫描参数，基于激光能量利用率最大化进行二维液晶光栅(4)电控优化，从而实现激光能量利用率最高的变光斑半径与扫描轨迹的仿人眼扫描，大幅提高激光仿人眼三维成像雷达系统的集成度与效率；其特征在于：包括如下步骤，步骤一：根据预设大光斑多光束扫描要求，结合系统参数算得最大分束数量以及光栅利用率；光斑大小由像素间隔、亚孔径区域像素数、激光波长以及偏转角度决定；偏转方向则由激光波长、液晶光栅控制模块(5)电控信号与像素间隔决定；分束数量与液晶光栅控制模块(5)电压信号有关；步骤二：设计仿人眼视网膜分束扫描模型；根据要求给出扫描环数M、每环采样次数N、第一环光斑半峰全宽D1、逐环放大倍数q等一系列初始值，之后带入二维液晶光栅分束优化算法，对分束策略进行设计；与所选二维液晶光栅匹配度低的分束变分辨率策略不仅导致光能和二维液晶光栅利用率低而且将导致远场产生杂散光斑影响正常的探测，使三维成像出现较大的误差；选出光能利用率与光栅利用率最高的一组参数作为最终的扫描模型并给出扫描时间以及光栅利用率，实现多光斑扫描以提升成像速度，即完成仿人眼视网膜分束扫描模型设计；步骤三：根据步骤一、二所述的分束以及及变分辨率分束所需参数要求结合二维液晶光栅(4)阵元数O*P(O为阵列列数P为阵列行数)、二维液晶光栅驱动模块(5)电压分辨率△V、要求最远探测距离Rmax、APD最低响应光强Imin以及偏转角最大允许误差△θr判断硬件电路及光路能否满足具体要求，如果硬件无法达到要求则需要重新对分束扫描模型进行设计，如果满足要求则进入步骤四；步骤四：根据步骤一、二所述的大光斑多光束粗采样对于光斑大小及视场的要求，给出基于液晶二维光栅(4)的远场大光斑分束扫描策略，实现适应变分辨率扫描探测中对分辨率变化的需求；步骤五：根据步骤一、二所得扫描分束策略，依据液晶光栅LUT表制作相应相息图按序保存或生成相应矩阵按序保存在液晶光栅控制模块(5)中；步骤六：基于二维液晶光栅建立扫描成像系统，保证激光发射模块(2)、光栅前端光学系统(3)与二维液晶光栅(4)的同轴度，并且确保放大准直的高斯光光斑完全覆盖整个二维液晶光栅(4)工作区域；建立大光斑分束扫描策略与仿人眼视网膜分束扫描策略的切换逻辑并保存到系统控制模块(1)中；步骤七：系统控制模块(1)控制激光发射模块(2)发射大光斑进行低分辨率扫描，如匹配成功找到可疑目标则以目标为中心进行仿人眼视网膜分束扫描成像；至此完成一次基于激光三维成像的二维液晶光学相控阵变分辨率探测。