合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器的制造方法
【專利摘要】一種合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器，包括透射式與反射式兩種結構，利用液晶空間光調(diào)制器加載合成孔徑激光成像雷達目標回波信號，單個透鏡同時實現(xiàn)距離向、方位向聚焦成像，成像結果由圖像接收器進行接收，整個系統(tǒng)由系統(tǒng)控制模塊自動控制。本發(fā)明結構簡單，節(jié)省成本，易于集成，在未來機載、星載合成孔徑激光成像雷達系統(tǒng)中有廣泛的應用前景，是合成孔徑激光成像雷達光學成像處理的關鍵技術改進。
【專利說明】合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑激光成像雷達，特別是一種合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器，利用單個透鏡同時實現(xiàn)目標回波信號距離向、方位向聚焦成像，節(jié)省成本，結構簡單，易于集成化。
【背景技術】
[0002]合成孔徑激光成像雷達(SAIL)的基本原理來源于于微波波段的合成孔徑雷達(SAR)，是國外報道的能夠在遠距離獲得厘米量級分辨率的唯一的光學成像觀察手段。自2002年以來，合成孔徑激光成像雷達在實驗室先后得到了驗證【參見文獻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 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3:周煜，許楠，欒竹，聞愛民，王利娟，孫建鋒，劉立人，尺度縮小合成孔徑激光雷達的二維成像實驗，光學學報，Vol.31 (9) (2011)，；文獻
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演示樣機及其實驗室驗證，光學學報，Vol.29(7):2030~2032(2011)】，2006年在美國國防先進計劃局支持下的雷聲公司和諾格公司分別實現(xiàn)了機載合成孔徑激光雷達實驗(無任何細節(jié)報道)【參見文獻
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1.6公里處的地面目標實現(xiàn)了機載合成孔徑激光成像雷達成像實驗【參見文獻 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的回波信號普遍采用光學的方式進行成像處理，【參見文獻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的回波信號也主要采用數(shù)字方式進行成像處理。然而未來對星載和機載SAIL圖像分辨率要求的提高以及實時成像處理的需求，對數(shù)字成像處理器的傳輸和運算速度提出嚴峻挑戰(zhàn)。光學成像處理器能夠提供非相干的數(shù)據(jù)并行處理能力，實現(xiàn)真正意義上的兩維傅里葉變換，縮短數(shù)據(jù)處理時間，從而實現(xiàn)實時圖像信息獲取，可以對衛(wèi)星或無人機的航行和定向提供至關重要的決策信息，并具有很高的動態(tài)輸出范圍，可以減小對通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸帶寬的要求，可以實現(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，因此未來在合成孔徑激光成像雷達的數(shù)據(jù)處理中具有很大優(yōu)勢。目前國內(nèi)外對合成孔徑激光成像雷達的光學成像處理尚處于初級研究階段，具有較高的研究價值和發(fā)展空間。在先技術【參見文獻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合成孔徑激光成像雷達處理器，發(fā)明專利，申請?zhí)?201310150460.8 ;文獻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的光學成像系統(tǒng)與光學成像方法，發(fā)明專利，申請?zhí)?201310300362.8】提出了一種合成孔徑激光成像雷達的原理性方案，但上述發(fā)明采用多個透鏡組合實現(xiàn)回波信號的聚焦處理，系統(tǒng)較復雜，成本較高且不易集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題在于提出一種合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器，該光學處理器的結構簡單，節(jié)省成本，易于集成，在未來機載、星載合成孔徑激光成像雷達系統(tǒng)中有廣泛的應用前景，是合成孔徑激光成像雷達光學成像處理的關鍵技術改進。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案如下: [0006]一種合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器，其特征在于其構成包括系統(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)制器方位向二次項相位曲率半徑，λ。為所述的合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器所用激光波長，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的單透鏡光學處理器，其特點在于其構成包括系統(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。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)明的技術效果:
[0009]本發(fā)明提出利用系統(tǒng)控制模塊自動控制SAIL回波信號的加載與成像結果的接收存儲及顯示，無需人工參與，節(jié)省處理時間，提高處理效率，另外，采用單個透鏡同時實現(xiàn)目標距離向、方位向聚焦成像，結構簡單，節(jié)省成本，且易于集成，在未來機載、星載SAIL系統(tǒng)中有廣泛的應用前景。是合成孔徑激光成像雷達回波數(shù)據(jù)光學成像方式的關鍵技術改進。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器實施例1結構示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器實施例2結構示意圖?！揪唧w實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0013]先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例1反射式合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器結構示意圖，由圖可見本發(fā)明中反射式合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器，其構成包括: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方位向二次項相位曲率半徑，λ。為所述的合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器所用激光波長，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]再請參閱圖2，圖2為本發(fā)明實施例2透射式合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器結構示意圖。由圖可見本發(fā)明中透射式合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器，其構成包括所述的系統(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]下面采用一個目標點來解釋本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器的成像處理過程。
[0018]合成孔徑激光成像雷達的發(fā)射系統(tǒng)對所考察的目標點發(fā)射線性調(diào)頻的啁啾脈沖激光，發(fā)射光波經(jīng)過上述目標點反射后由接收系統(tǒng)進行相干外差接收并進行復數(shù)化，傳輸?shù)剿龅南到y(tǒng)控制模塊的點目標的回波信號為i(tf，tsv )
【權利要求】
1.一種合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器，特征在于其構成包括系統(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)方位向二次項相位曲率半徑，λ。為所述的合成孔徑激光成像雷達的單透鏡光學處理器所用激光波長，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的單透鏡光學處理器，特征在于其構成包括所述的系統(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】G01S7/02GK103744059SQ201410002626
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權日: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 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所