提出了一種雙曲波前差自掃描直視合成孔徑激光成像雷達系統(tǒng),結(jié)構(gòu)上采用正交偏振同軸雙光束發(fā)射和偏振干涉自差探測結(jié)構(gòu),原理上應(yīng)用波面變換產(chǎn)生雙曲波前差照射光斑,因此通過目標(biāo)的相對運動在交軌向自動掃描產(chǎn)生目標(biāo)面橫向距離有關(guān)的線性相位調(diào)制,同時在順軌向產(chǎn)生目標(biāo)順軌向距離有關(guān)的二次項相位歷程,采用補償二次多普勒頻移的傅里葉變換和補償交叉耦合的共軛二次項匹配濾波算法實現(xiàn)圖像重構(gòu)。本系統(tǒng)主要特點是結(jié)構(gòu)簡單,無需使用任何光調(diào)制器,沒有交軌向信號的初始相位同步問題,不存在目標(biāo)時間延時影響,同時也保留了直視合成孔徑激光成像雷達的固有優(yōu)點,如有效地降低了大氣等相位干擾,照明光斑可以很大,接收口徑可以很大。本雷達適用于航空航天的各種相對運動速度和作用距離的對地觀察成像和基于逆合成孔徑原理的激光成像雷達。
【部分圖文】：

光學(xué)學(xué)報0128001-2雙曲波前差自掃描直視合成孔徑激光成像雷達的基本結(jié)構(gòu)雙曲波前差自掃描直視SAIL的基本結(jié)構(gòu)由發(fā)射端和接收端構(gòu)成,如圖1所示。發(fā)射端在系統(tǒng)控制計算機的控制下，連續(xù)激光光源輸出的偏振光束經(jīng)過發(fā)射偏振分束器1（PBS1）在空間上被偏振分解為兩個等強度的偏振正交的光束，一路為水平偏振光束通過空間相位變換器1，再通過孔徑光闌1，然后通過空間相位變換器2到達發(fā)射偏振合束器2（PBS2），空間相位變換器1和空間相位變換器2的聯(lián)合相位構(gòu)成水平偏振通道的空間相位。另外一路為垂直偏振光束，通過空間相位變換器3再通過孔徑光闌2，然后通過空間相位變換器3，到達發(fā)射偏振合束器2，空間相位變換器3和空間相位變換器4的聯(lián)合相位構(gòu)成垂直偏振通道空間相位。兩路偏振正交光束通過偏振合束器2合成同心同軸光束，并經(jīng)過發(fā)射主鏡和目標(biāo)作用距離的衍射傳播投射成像于目標(biāo)。水平偏振空間相位產(chǎn)生目標(biāo)面上的水平偏振照射波前，垂直偏振空間相位產(chǎn)生目標(biāo)面上的垂直偏振照射波前。在接收端目標(biāo)回波由接收望遠鏡接收，并由偏振干涉自差探測光電接收機產(chǎn)生回波光電流信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）及預(yù)處理器產(chǎn)生數(shù)字化光電流信號，然后儲存于存儲器，存儲器的數(shù)據(jù)再通過圖像處理和系統(tǒng)控制計算機產(chǎn)生目標(biāo)成像的輸出圖像。目標(biāo)面上的發(fā)射激光照明光斑與接收視場應(yīng)當(dāng)設(shè)計為一致，其共同的作用面積定義為光學(xué)足址。圖1雙曲波前差自掃描直視合成孔徑激光成像雷達的一般結(jié)構(gòu)Fig.1Generalconfigurationofauto-scanningSAILusinghyperbolicwavefrontdifference所述的回波光電流信號包含了左臂照射波前和右臂照射波前的空間相位差，即目標(biāo)面上兩個偏振正交光斑的空間相位差，其存在的必要條件是目標(biāo)面上的空間相位差必須包含交軌向坐標(biāo)和順軌向坐標(biāo)相耦合的雙曲波?

Dx)，其中dx為交軌向成像分辨率，Dx為交軌向光學(xué)足址寬度。成像算法由實現(xiàn)交軌向聚焦成像的補償二次多普勒頻移相位項的傅里葉變換和實現(xiàn)順軌向聚焦成像的補償交叉耦合的共軛二次項匹配濾波所組成，順軌向的補償匹配濾波聚焦成像算法有兩種，第一種方案為傾斜向線性相位項補償和傾斜向局部卷積共軛二次相位項匹配濾波算法，第二種方案為傾斜向線性相位項加共軛二次項補償和傾斜向積分求和算法。3雙曲波前差自掃描直視合成孔徑激光成像雷達的一種典型結(jié)構(gòu)設(shè)計為了具體說明雙曲波前差自掃描直視SAIL的工作原理，圖2給出了一種典型的實施結(jié)構(gòu)。實施例結(jié)構(gòu)部件相對于基本原理結(jié)構(gòu)部件的對應(yīng)關(guān)系如下：激光光源→激光光源；偏振分光鏡1包括反射鏡1和反射鏡2→發(fā)射偏振分束器；柱面透鏡1→水平偏振能道空間相位變換器1；孔徑光闌1→孔徑光闌1；柱面透鏡2→水平偏振通道空間相位變換器2；柱面透鏡3→垂直偏振通道空間相位變換器3；孔徑光闌2→孔徑光闌2；柱面透鏡4→垂直偏振通道空間相位變換器4；偏振分光鏡2包括1/4波片1和1/4波片2→發(fā)射偏振合束器；發(fā)射主鏡→發(fā)射主鏡；目標(biāo)→目標(biāo)；接收望遠鏡包括干涉濾光片和視場光闌→接收望遠鏡；偏振分光鏡3，1/4波片3，1/4波片4，反射鏡3，反射鏡4，2×490°空間光學(xué)橋接器，平衡探測器1，平衡探測器2→偏振干涉自差探測光電接收機；A/D變換器1，A/D變換器2和復(fù)數(shù)化轉(zhuǎn)換器→A/D變換及預(yù)處理器；回波數(shù)據(jù)儲存器→回波數(shù)據(jù)儲存器；圖像處理和系統(tǒng)控制計算機→圖像處理和系統(tǒng)控制計算機；輸出圖像→輸出圖像。注意本實施案中S=0。圖2雙曲波前差自掃描直視合成孔徑激光成像雷達的一種典型結(jié)構(gòu)Fig.2Atypicalarrangementofauto-scanningSAILusinghyperbolicwavefrontdifference柱面透鏡的安置座標(biāo)如圖3所示?

?xWxrectè÷yWyexpéêêùúújπλf′xè÷x22+y22-xyexpèj÷πλf′yy2,eV,0(x,y)=E0rectè÷xWxrectè÷yWyexpéêêùúújπλf′xè÷x22+y22+xyexpè-j÷πλf′yy2.(3)式中窗口為矩形函數(shù)w(x,y)=rectè÷xWxrectè÷yWy。圖3柱面透鏡座標(biāo)Fig.3Coordinatesystemsofcylindricallenses4典型結(jié)構(gòu)雙曲波前差自掃描直視SAIL的目標(biāo)二維數(shù)據(jù)收集過程分析從激光發(fā)射，目標(biāo)反射，光學(xué)接收，光電探測到數(shù)碼變換構(gòu)成了目標(biāo)二維數(shù)據(jù)收集鏈。發(fā)射主鏡的焦距為ft,目標(biāo)距離為Z，內(nèi)光場在目標(biāo)面上的投射成像放大率為M=Z/ft.(4)因此目標(biāo)面上的P-通道和V-通道在目標(biāo)面上產(chǎn)生的光斑光場分別為ìíeP,Z(x,y)=C1E0rectè÷xDxrectè÷yDyexpéêêùúújπλfxè÷x22+y22-xyexpèj÷πλfyy2,eV,Z(x,y)=C1E0rectè÷xDxrectè÷yDyexpéêêùúújπλfxè÷x22+y22+xyexpè-j÷πλfyy2.(5)式中C1為與光束傳播和透射有關(guān)的常數(shù)，Dx=MWx，Dy=MWy，fx=M2f′x,fy=M2f′y。它們所包含的相同的衍射相位二次項已經(jīng)被忽
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本文編號：2870968