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合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，包括透射式與反射式兩種結(jié)構(gòu)，利用液晶空間光調(diào)制器加載合成孔徑激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)，單個(gè)透鏡同時(shí)實(shí)現(xiàn)距離向、方位向聚焦成像，成像結(jié)果由圖像接收器進(jìn)行接收，整個(gè)系統(tǒng)由系統(tǒng)控制模塊自動(dòng)控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省成本，易于集成，在未來(lái)機(jī)載、星載合成孔徑激光成像雷達(dá)系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景，是合成孔徑激光成像雷達(dá)光學(xué)成像處理的關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑激光成像雷達(dá)，特別是一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，利用單個(gè)透鏡同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波信號(hào)距離向、方位向聚焦成像，節(jié)省成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成化。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑激光成像雷達(dá)(SAIL)的基本原理來(lái)源于于微波波段的合成孔徑雷達(dá)(SAR)，是國(guó)外報(bào)道的能夠在遠(yuǎn)距離獲得厘米量級(jí)分辨率的唯一的光學(xué)成像觀察手段。自2002年以來(lái)，合成孔徑激光成像雷達(dá)在實(shí)驗(yàn)室先后得到了驗(yàn)證【參見(jiàn)文獻(xiàn)1:M.Bashkansky, R.L.Lucke, E.Funk, L.J.Rickard, and J.Reint jes, “Two-dimensionalsynthetic aperture imaging in the optical domain,，，Optic Letters, Vol.27, ppl983-1985 (2002),；文獻(xiàn) 2:W.Buell, N.Marechal, J.Buck, R.Dickinson, D.Kozlowski, T.Wright, and S.Beck, “Demonstrations of Synthetic Aperture Imaging Ladar,，，Proc.0f SPIE Vol.5791ppl52-166 (2005)，；文獻(xiàn)3:周煜，許楠，欒竹，聞愛(ài)民，王利娟，孫建鋒，劉立人，尺度縮小合成孔徑激光雷達(dá)的二維成像實(shí)驗(yàn)，光學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.31 (9) (2011)，；文獻(xiàn)
4:劉立人，周煜，職亞楠，孫建鋒，大口徑合成孔徑激光成像雷達(dá)演示樣機(jī)及其實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，光學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.29(7):2030~2032(2011)】，2006年在美國(guó)國(guó)防先進(jìn)計(jì)劃局支持下的雷聲公司和諾格公司分別實(shí)現(xiàn)了機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)(無(wú)任何細(xì)節(jié)報(bào)道)【參見(jiàn)文獻(xiàn)
5:J.Ricklin, M.Dierkin g, S.Fuhrer, B.Schumm, and D.Tomlison, “Synthetic apertureladar for tactical imaging,，，DARPA Strategic Technology Office.】。2011 年，洛馬公司對(duì)1.6公里處的地面目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了機(jī)載合成孔徑激光成像雷達(dá)成像實(shí)驗(yàn)【參見(jiàn)文獻(xiàn) 6:Brian ff.Krause, Joe Buck, Chris Ryan, David Hwang, Piotr Kondratko, AndrewMalm, Andy Gleason “Synthetic Aperture Ladar Flight Demonstration,，，】。
[0003]最初的微波SAR的回波信號(hào)普遍采用光學(xué)的方式進(jìn)行成像處理，【參見(jiàn)文獻(xiàn)7:L.J.Cutrona, E.N.Leith, L.J.Porcello et al.，〃0n the application of coherentoptical processing techniques to synthetic-aperture radar, 〃Proc.1EEE54, 1026 ~1032 (1966).】伴隨著數(shù)字處理能力的提高，這種光學(xué)處理方法很大程度上被數(shù)字處理方式取代。同樣，現(xiàn)今SAIL的回波信號(hào)也主要采用數(shù)字方式進(jìn)行成像處理。然而未來(lái)對(duì)星載和機(jī)載SAIL圖像分辨率要求的提高以及實(shí)時(shí)成像處理的需求，對(duì)數(shù)字成像處理器的傳輸和運(yùn)算速度提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。光學(xué)成像處理器能夠提供非相干的數(shù)據(jù)并行處理能力，實(shí)現(xiàn)真正意義上的兩維傅里葉變換，縮短數(shù)據(jù)處理時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像信息獲取，可以對(duì)衛(wèi)星或無(wú)人機(jī)的航行和定向提供至關(guān)重要的決策信息，并具有很高的動(dòng)態(tài)輸出范圍，可以減小對(duì)通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸帶寬的要求，可以實(shí)現(xiàn)集成化，有效減小系統(tǒng)的重量和體積，降低系統(tǒng)的功耗，因此未來(lái)在合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理中具有很大優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)合成孔徑激光成像雷達(dá)的光學(xué)成像處理尚處于初級(jí)研究階段，具有較高的研究?jī)r(jià)值和發(fā)展空間。在先技術(shù)【參見(jiàn)文獻(xiàn)8:侯培培，劉立人，孫建鋒，職亞楠，周煜，魯偉，王利娟，基于像散傅里葉變換的光學(xué)合成孔徑激光成像雷達(dá)處理器，發(fā)明專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?201310150460.8 ;文獻(xiàn)9:孫志偉，職亞楠，孫建鋒，周煜，侯培培，劉立人，合成孔徑激光成像雷達(dá)的光學(xué)成像系統(tǒng)與光學(xué)成像方法，發(fā)明專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?201310300362.8】提出了一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的原理性方案，但上述發(fā)明采用多個(gè)透鏡組合實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)的聚焦處理，系統(tǒng)較復(fù)雜，成本較高且不易集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提出一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，該光學(xué)處理器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省成本，易于集成，在未來(lái)機(jī)載、星載合成孔徑激光成像雷達(dá)系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景，是合成孔徑激光成像雷達(dá)光學(xué)成像處理的關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下: [0006]一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，其特征在于其構(gòu)成包括系統(tǒng)控制模塊、透射式液晶空間光調(diào)制器、第一像散透鏡和圖像接收器，沿光軸方向依次為所述的透射式液晶空間光調(diào)制器、第一像散透鏡和圖像接收器，所述的系統(tǒng)控制模塊的輸出端接所述的透射式液晶空間光調(diào)制器的輸入端，所述的系統(tǒng)控制模塊的第一輸入端接合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)控制模塊的第二輸入端接所述的圖像接收器的輸出端，所述的透射式液晶空間光調(diào)制器，第一像散透鏡緊貼放置，所述的第一像散透鏡的距離向焦距為fa，方位向焦距為式中4=4/入。，其中，。為所述的透射式液晶空間光調(diào)制器方位向二次項(xiàng)相位曲率半徑，λ。為所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器所用激光波長(zhǎng)，所述的圖像接收器與所述的第一像散透鏡的距離為fa。
[0007]—種合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，其特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括系統(tǒng)控制模塊、圖像接收器、反射式液晶空間光調(diào)制器、分束器和第二像散透鏡，沿光軸方向依次為所述的反射式液晶空間光調(diào)制器、分束器、第二像散透鏡和圖像接收器，該系統(tǒng)控制模塊的輸出端接所述的反射式液晶空間光調(diào)制器的輸入端，所述的系統(tǒng)控制模塊的第一輸入端接合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)控制模塊的第二輸入端接所述的圖像接收器的輸出端，所述的反射式液晶空間光調(diào)制器與所述的第二像散透鏡的距離為山所述的第二像散透鏡的距離向焦距為f；，方位向焦距為‘2=(^。2)/(4過(guò)。2)，式中f；2= (Chflc) / λ。，所述的圖像接收器與所述的第二像散透鏡的距離為f；。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0009]本發(fā)明提出利用系統(tǒng)控制模塊自動(dòng)控制SAIL回波信號(hào)的加載與成像結(jié)果的接收存儲(chǔ)及顯示，無(wú)需人工參與，節(jié)省處理時(shí)間，提高處理效率，另外，采用單個(gè)透鏡同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離向、方位向聚焦成像，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省成本，且易于集成，在未來(lái)機(jī)載、星載SAIL系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。是合成孔徑激光成像雷達(dá)回波數(shù)據(jù)光學(xué)成像方式的關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0013]先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1反射式合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見(jiàn)本發(fā)明中反射式合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，其構(gòu)成包括:系統(tǒng)控制模塊I，透射式液晶空間光調(diào)制器2，第一像散透鏡3，圖像接收器4，沿光軸方向依次為所述的透射式液晶空間光調(diào)制器2，第一像散透鏡3，圖像接收器4，所述的系統(tǒng)控制模塊I的輸出端11接所述的透射式液晶空間光調(diào)制器2的輸入端21，所述的系統(tǒng)控制模塊I的第一輸入端12接合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)控制模塊I的第二輸入端13接所述的圖像接收器4的輸出端41，
[0014]所述的透射式液晶空間光調(diào)制器2，第一像散透鏡3緊貼放置，所述的第一像散透鏡3的距離向焦距為fa,方位向焦距為，式中。，其中，fl。為所述的透射式液晶空間光調(diào)制器2方位向二次項(xiàng)相位曲率半徑，λ。為所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器所用激光波長(zhǎng)，所述的圖像接收器4與所述的第一像散透鏡3的距離為fa。
[0015]再請(qǐng)參閱圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例2透射式合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)本發(fā)明中透射式合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，其構(gòu)成包括所述的系統(tǒng)控制模塊1，圖像接收器4，反射式液晶空間光調(diào)制器5，分束器6，第二像散透鏡7，沿光軸方向依次為所述的反射式液晶空間光調(diào)制器5，分束器6，第二像散透鏡7，圖像接收器4，該系統(tǒng)控制模塊I的輸出端11接所述的反射式液晶空間光調(diào)制器5的輸入端51，所述的系 統(tǒng)控制模塊I的第一輸入端12接合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)控制模塊I的第二輸入端13接所述的圖像接收器4的輸出端41，
[0016]所述的反射式液晶空間光調(diào)制器5與所述的第二像散透鏡7的距離為d，所述的第二像散透鏡的距離向焦距為f；，方位向焦距為?^2=(?；?；2)/(?；+?；2)，式中I2=(Chfle)Z^c,所述的圖像接收器4與所述的第二像散透鏡7的距離為fr。
[0017]下面采用一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)來(lái)解釋本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器的成像處理過(guò)程。
[0018]合成孔徑激光成像雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)對(duì)所考察的目標(biāo)點(diǎn)發(fā)射線(xiàn)性調(diào)頻的啁啾脈沖激光，發(fā)射光波經(jīng)過(guò)上述目標(biāo)點(diǎn)反射后由接收系統(tǒng)進(jìn)行相干外差接收并進(jìn)行復(fù)數(shù)化，傳輸?shù)剿龅南到y(tǒng)控制模塊的點(diǎn)目標(biāo)的回波信號(hào)為i(tf，tsv )
【權(quán)利要求】
1.一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，特征在于其構(gòu)成包括系統(tǒng)控制模塊(1)、透射式液晶空間光調(diào)制器(2)、第一像散透鏡(3)和圖像接收器(4)，沿光軸方向依次為所述的透射式液晶空間光調(diào)制器(2)、第一像散透鏡(3)和圖像接收器(4)，所述的系統(tǒng)控制模塊(1)的輸出端(11)接所述的透射式液晶空間光調(diào)制器(2)的輸入端(21)，所述的系統(tǒng)控制模塊(1)的第一輸入端(12)接合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)控制模塊(1)的第二輸入端(13)接所述的圖像接收器(4)的輸出端(41)，所述的透射式液晶空間光調(diào)制器(2)和第一像散透鏡(3)緊貼放置，所述的第一像散透鏡(3)的距離向焦距為fa，方位向焦距為，式中fel=flc;M。，其中，。為所述的透射式液晶空間光調(diào)制器(2)方位向二次項(xiàng)相位曲率半徑，λ。為所述的合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器所用激光波長(zhǎng)，所述的圖像接收器(4)與所述的第一像散透鏡(3)的距離為仡。
2.一種合成孔徑激光成像雷達(dá)的單透鏡光學(xué)處理器，特征在于其構(gòu)成包括所述的系統(tǒng)控制模塊(I)、圖像接收器(4)、反射式液晶空間光調(diào)制器(5)、分束器(6)和第二像散透鏡(7)，沿光軸方向依次為所述的反射式液晶空間光調(diào)制器(5)、分束器(6)、第二像散透鏡(7)和圖像接收器(4)，所述的系統(tǒng)控制模塊(I)的輸出端(11)接所述的反射式液晶空間光調(diào)制器(5)的輸入端(51)，所述的系統(tǒng)控制模塊(I)的第一輸入端(12)接合成孔徑激光成像雷達(dá)的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)控制模塊(I)的第二輸入端(13)接所述的圖像接收器(4)的輸出端(41)，所述的反射式液晶空間光調(diào)制器(5)與所述的第二像散透鏡(7)的距離為d，所述的第二像散透鏡的距離向焦距為f,，方位向焦距為?^2=(?；?；2)/(?；+?；2)，式中f；2=(d-flc)/A。，所述的圖像接收器(4)與所述的第二像散透鏡(7)的距離為fr。
【文檔編號(hào)】G01S7/02GK103744059SQ201410002626
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】孫志偉, 職亞楠, 孫建鋒, 周煜, 侯培培, 劉立人 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所